WO2023003097A1 - 연속생체정보측정기의 보정 - Google Patents

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WO2023003097A1
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resonator assembly
biosensor
capacitance
impedance matching
inductance
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PCT/KR2021/017213
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서승업
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주식회사 에스비솔루션
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    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0223—Operational features of calibration, e.g. protocols for calibrating sensors

Definitions

  • An electromagnetic wave-based sensor for measuring biometric information detects a change in permittivity caused by a change in an analyte (or an analyte, for example, blood sugar) in the body. It is a system that measures biometric information. For this reason, a sensor that responds to minute permittivity changes is required, and the resonant frequency changes according to the permittivity change of the environment around the sensor.
  • the thickness of the subcutaneous tissue varies from person to person and the location of the sensor implantation is different, so the value of the resonant frequency not only changes, but also various biological tissues may adhere to the sensor in the process of being settled in the body, so sensor calibration is essential. is required as
  • a method and a biosensor for calibrating a sensor for measuring biometric information based on electromagnetic waves are provided.
  • a biosensor using electromagnetic waves comprising: a resonator assembly that generates a resonant frequency that changes according to the concentration of a target analyte in the vicinity of the biosensor; an impedance matching unit that changes at least one of inductance and capacitance of the resonator assembly; and a controller configured to determine whether or not at least one of the inductance and capacitance of the resonator assembly is changed and the amount of change based on the resonant frequency shift and the reference operating frequency range of the resonator assembly, through the impedance matching unit. sensor is provided.
  • control unit may be characterized in that monitoring whether the resonant frequency of the resonator assembly is out of a predetermined frequency range.
  • control unit may initiate a frequency correction process of the resonator assembly using the impedance matching unit in response to a case where the resonant frequency of the resonator assembly is out of a predetermined frequency range.
  • the impedance matching unit may include at least one of a variable capacitor and a variable inductor for connection with the resonator assembly.
  • the impedance matching unit may change at least one of inductance and capacitance of the resonator assembly by changing at least one of a capacitance component of the variable capacitor and an inductance component of the variable inductor.
  • the impedance matching unit includes at least one inductor or at least one capacitor for connection with the resonator assembly, and controls a connection between the at least one inductor and the resonator assembly, or a switch element for controlling the connection between the at least one inductor and the resonator assembly. It may be characterized in that it further comprises a switch element for controlling the connection between the at least one capacitor and the resonator assembly.
  • the impedance matching unit changes the inductance of the resonator assembly by connecting or disconnecting the at least one inductor from the resonator assembly through the switch element or the at least one capacitor through the switch element. It may be characterized in that the capacitance of the resonator assembly is changed by connecting or disconnecting the resonator assembly.
  • a method for calibrating a biosensor using electromagnetic waves comprising: generating a resonant frequency that changes according to a concentration of a target analyte in the vicinity of the biosensor through a resonator assembly; determining whether or not to change at least one of inductance and capacitance of the resonator assembly and an amount of change based on the resonant frequency shift and the reference operating frequency range of the resonator assembly; and changing at least one of inductance and capacitance of the resonator assembly by using an impedance matching unit.
  • 1 is a graph showing a relationship between a relative permittivity and a resonant frequency.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate configuration examples of a matching circuit according to an embodiment.
  • FIG. 7 shows a circuit using switching according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of the internal configuration of a biosensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a method for calibrating a biosensor according to an embodiment of the present invention.
  • first or second may be used to describe various components, such terms should only be construed for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.
  • a biosensor may be a sensor that senses a target analyte using electromagnetic waves.
  • a target analyte is a material related to a living body and may also be referred to as an analyte.
  • the target analyte is mainly described as blood glucose, but is not limited thereto.
  • the biosensor may include a resonator assembly designed to sense an analyte of interest.
  • the resonator assembly may represent an element assembly having a capacitance component and an inductance component.
  • the resonator assembly may have a relatively high Q-factor for a resonance frequency that changes according to a change in the concentration of a target analyte.
  • the frequency response characteristic corresponding to the scattering parameter (hereinafter referred to as 'S parameter') of the resonator assembly is relatively sharp. (sharp) curves can be displayed.
  • the resonator assembly may exhibit high sensitivity to a change in relative permittivity according to a change in the concentration of a target analyte.
  • the relative permittivity of the resonator assembly can be influenced by the concentration of the target analyte in the surroundings. Since the relative permittivity of the resonator assembly changes according to the concentration change of the target analyte, the resonant frequency of the resonator assembly also changes. Accordingly, the biosensing system using electromagnetic waves according to an embodiment may determine the concentration of a target analyte based on the resonant frequency of the resonator assembly of the biosensor. Accordingly, the biosensor according to an embodiment can accurately determine the resonant frequency of the resonator assembly and further accurately estimate the concentration of a target analyte corresponding to the resonant frequency.
  • 1 is a graph showing a relationship between a relative permittivity and a resonant frequency.
  • L may mean an inductance component
  • C may mean a capacitance component
  • ⁇ may mean a permittivity, respectively.
  • the relative permittivity and the resonant frequency have an inversely proportional correlation.
  • the lower the permittivity the greater the frequency change. In other words, the lower the frequency, the less sensitive it is to the change in permittivity.
  • the biosensor described above may be inserted into a living body and estimate and/or determine blood sugar according to a change in resonant frequency of a resonator assembly according to a change in the concentration of a target analyte.
  • the electromagnetic wave-based biosensor may correct the resonant frequency of the resonator assembly.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate configuration examples of a matching circuit according to an embodiment.
  • the biosensing system may perform correction based on an estimated blood glucose value after a special fixed-type drug having a predetermined amount of glucose is administered to a subject, rather than a blood collection method.
  • a regular drug containing a predetermined amount of glucose is administered to a subject, it may be expected that a reference blood sugar value will be estimated from the subject.
  • the bio-sensing system may correct the resonant frequency of the sensor based on the reference blood glucose value obtained for the subject.
  • the biosensing system further includes a variable capacitor 220 and a variable inductor 230 connected to the resonator assembly (eg, the biosensor 210 of FIGS. 2 and 3) for blood glucose estimation correction. can do.
  • the variable capacitor 210 described in FIGS. 2 and 3 may use a varactor diode shown in FIG. 4 .
  • a varactor diode is a diode that uses a reverse voltage bias. More specifically, a varactor diode is a semiconductor device capable of operating as a variable capacitor. When reverse biased, the varactor diode may have a capacitance that changes according to an applied voltage.
  • FIG. 7 shows a circuit using switching according to one embodiment.
  • variable capacitor 210 and the variable inductor 220 described above in FIGS. 2 and 3 may be implemented by a switch element 610 as shown in FIG. 7 .
  • a relay, a diode, a field effect transistor (FET), or the like may be used as the switch element.
  • FET field effect transistor
  • a bridge circuit may be used.
  • the switch element 610 may change capacitance and/or inductance of the resonator structure by connecting or disconnecting at least one capacitor or at least one inductor from the resonator structure.
  • the value of the resonant frequency may be obtained through a scattering coefficient.
  • the bio-sensing system may perform impedance matching using the above-described variable capacitor and variable inductor in order to implement a high Q value.
  • the resonant frequency of the resonator assembly may vary due to deterioration during use.
  • the bio-sensing system may include a variable capacitor and/or a variable inductor connected to the bio-sensor in order to compensate for a resonant frequency shift due to deterioration.
  • the biosensing system may restore the resonance frequency of the biosensor to an original target frequency.
  • the level at which the signal is returned from the resonator assembly after being transferred to the resonator assembly may vary.
  • the biosensor may pre-adjust (eg, equalize) the level of the signal for each frequency band before being transmitted to the resonator assembly.
  • variable capacitor and/or a variable inductor Connecting a variable capacitor and/or a variable inductor to the resonator assembly as an additional element has been described above, but is not limited thereto.
  • the structure of the resonator assembly itself may be designed to have a variable capacitor and/or a variable inductor.
  • the bio-sensing system may inspect the resonant frequency of the resonator assembly at predetermined intervals, and start a process of correcting the resonant frequency of the resonator assembly when the corresponding value is out of a predetermined range.
  • the biosensing system itself tests the resonator assembly of the biosensor at at least one of time points among when the user does not use the biosensor, before use, and after use, to determine whether the resonant frequency has changed. can judge
  • the bio-sensing system may determine whether a desired resonant frequency is achieved in a process of restoring a resonant frequency, eg, in a process of changing capacitance/inductance.
  • a biosensor may measure a resonant frequency whenever it changes.
  • the biosensor may change capacitance and/or inductance to target capacitance and target inductance values when a resonance frequency determined to be an error is sensed.
  • the biosensing system may change the oscillation frequency of a phase locked loop (PLL) circuit that injects an oscillation signal into the biosensor when the operating frequency of the biosensor changes.
  • PLL phase locked loop
  • the biosensor 800 may include a resonator assembly 810, an impedance matching unit 820, and a controller 830.
  • the resonator assembly 810 may generate a resonant frequency that changes according to the concentration of the target analyte around the biosensor 800.
  • the control unit 830 determines at least one of the inductance and capacitance of the resonator assembly 810 through the impedance matching unit 820 based on the resonant frequency shift and the reference operating frequency range of the resonator assembly 810. Whether or not to change and the amount of change can be determined. At this time, the control unit 830 may monitor whether the resonant frequency of the resonator assembly 810 is out of a predetermined frequency range, and in response to the case where the resonant frequency of the resonator assembly 810 is out of a predetermined frequency range , a frequency correction process of the resonator assembly 810 may be initiated using the impedance matching unit 830 .
  • the impedance matching unit 820 may change at least one of inductance and capacitance of the resonator assembly 810. For example, when it is determined by the controller 830 that the resonant frequency of the resonator assembly 810 is out of a predetermined frequency range, the controller 830 may initiate a frequency correction process of the resonator assembly 810, and the inductance A change in at least one of capacitance and capacitance may be transmitted to the impedance matching unit 820 . In this case, the impedance matching unit 820 may change at least one of the inductance and capacitance of the resonator assembly 810 according to the transmitted change amount.
  • the impedance matching unit 820 may include a variable capacitor and/or a variable inductor additionally connected to the resonator assembly 810 .
  • the variable capacitor and variable inductor may correspond to the variable capacitor 220 and variable inductor 230 described with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • the impedance matching unit 820 changes the capacitance component and/or the inductance component through the variable capacitor and/or the variable inductor, so that among the inductance and capacitance of the resonator assembly 810 connected to the variable capacitor and/or the variable inductor, At least one can be changed.
  • the impedance matching unit 820 may include at least one inductor and/or at least one capacitor, and may include switch elements respectively connected to the at least one inductor and/or at least one capacitor.
  • the switch element may correspond to the switch element 610 described with reference to FIG. 7 .
  • the impedance matching unit 820 connects or disconnects at least one inductor and/or at least one capacitor from the resonator assembly 810 through a switch element, thereby determining at least one of the inductance and capacitance of the resonator assembly 810. You can change one.
  • the impedance matching unit 820 changes the inductance of the resonator assembly 810 by connecting or disconnecting at least one inductor from the resonator assembly 810 through a switch element or at least one capacitor through a switch element.
  • the capacitance of the resonator assembly 810 can be changed by connecting or disconnecting the resonator assembly 810 .
  • the impedance matching unit 820 controls the amount of change in capacitance or inductance of the resonator assembly 810 by adjusting the number of capacitors or inductors connected to the resonator assembly 810 through a switch element.
  • a method and a biosensor for calibrating an electromagnetic wave-based biometric information measuring sensor can be provided.
  • the embodiments described above may be implemented as hardware components and/or a combination of hardware components and software components.
  • the devices, methods and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), programmable logic units (PLUs), microprocessors, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may execute an operating system (OS) and software applications running on the operating system.
  • a processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software.
  • the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include.
  • a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
  • Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device.
  • Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. may be permanently or temporarily embodied in Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on computer readable media.
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination, and the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in the art of computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.

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Abstract

일 실시예에 따른 전자기파를 이용한 바이오 센서는, 바이오 센서의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 생성하는 공진기 조립체; 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경 가능한 임피던스 매칭부; 및 공진기 조립체의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 임피던스 매칭부를 통한 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나에 대한 변경 여부 및 변경량을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

연속생체정보측정기의 보정
이하, 연속생체정보측정기의 보정 기술이 제공된다.
전자기파 기반의 생체 정보 측정 센서는 체내 분석물(또는 피분석물, 일례로 혈당)의 변화로 발생하는 유전율 변화를 감지하는 것으로 유전율 변화로 발생하는 공진 주파수의 천이 정도를 분석하여 분석물 농도와 같은 생체 정보를 측정하는 시스템이다. 이와 같은 이유로 미세한 유전율 변화에 반응하는 센서가 요구되며, 센서 주변 환경의 유전율 변화에 따라 공진 주파수가 변화하게 된다.
체내 이식되는 센서의 경우, 사람마다 피하 조직의 두께가 다르고 센서의 이식 위치도 달라 공진 주파수의 값이 달라질 뿐만 아니라 센서가 체내에 안착하는 과정에서 여러 가지 생체 조직이 붙을 수 있어 센서의 보정은 필수적으로 요구된다.
전자기파 기반의 생체 정보 측정 센서의 보정을 위한 방법 및 바이오 센서를 제공한다.
전자기파를 이용한 바이오 센서에 있어서, 상기 바이오 센서의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 생성하는 공진기 조립체; 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경하는 임피던스 매칭부; 및 상기 공진기 조립체의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 상기 임피던스 매칭부를 통한 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나에 대한 변경 여부 및 변경량을 결정하는 제어부를 포함하는 전자기파를 이용한 바이오 센서를 제공한다.
일측에 따르면, 상기 제어부는, 상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 여부를 모니터링하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 경우에 응답하여, 상기 임피던스 매칭부를 이용하여 상기 공진기 조립체의 주파수 보정 프로세스를 개시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 임피던스 매칭부는, 상기 공진기 조립체와의 연결을 위한 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 임피던스 매칭부는, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 성분 및 상기 가변 인덕터의 인덕턴스 성분 중 적어도 하나를 변경함으로써, 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 임피던스 매칭부는, 상기 공진기 조립체와의 연결을 위한 적어도 하나의 인덕터 또는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 인덕터와 상기 공진기 조립체간의 연결을 제어하는 스위치 소자 또는 상기 적어도 하나의 커패시터와 상기 공진기 조립체간의 연결을 제어하는 스위치 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 임피던스 매칭부는, 상기 스위치 소자를 통해 상기 적어도 하나의 인덕터를 상기 공진기 조립체와 연결 또는 연결 해제함으로써 상기 공진기 조립체의 인덕턴스를 변경하거나 또는 상기 스위치 소자를 통해 상기 적어도 하나의 커패시터를 상기 공진기 조립체와 연결 또는 연결해 제함으로써 상기 공진기 조립체의 커패시턴스를 변경하는 것을 특징으로 할 수 있다.
전자기파를 이용한 바이오 센서의 보정 방법에 있어서, 공진기 조립체를 통해 상기 바이오 센서의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 생성하는 단계; 상기 공진기 조립체의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나에 대한 변경 여부 및 변경량을 결정하는 단계; 및 임피던스 매칭부를 이용하여 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 포함하는 보정 방법을 제공한다.
전자기파 기반의 생체 정보 측정 센서의 보정을 위한 방법 및 바이오 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 상대 유전율과 공진 주파수 간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 매칭 회로의 구성 예시를 설명한다.
도 4 내지 도 6는 버랙터 다이오드의 구성 및 버랙터 다이오드의 전기적 특성을 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 스위칭을 이용한 회로를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서의 내부구성의 예를 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서의 보정 방법의 예를 도시한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 전자기파를 이용하여 대상 피분석물(target analyte)을 센싱하는 센서일 수 있다. 대상 피분석물은 생체(living body)와 연관된 물질(material)로서, 생체 물질(analyte)이라고도 나타낼 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 대상 피분석물은 주로 혈당으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다.
바이오 센서는 대상 피분석물의 센싱을 위해 설계된 공진기 조립체(resonator assembly)를 포함할 수 있다. 공진기 조립체는 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분을 가지는 소자 조립체(element assembly)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 공진기 조립체는, 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 변화하는 공진 주파수에 대해 상대적으로 높은 Q 팩터(Q-factor)를 가질 수 있다. 다시 말해, 대상 피분석물의 농도 변화에 따른 공진 주파수 변화 범위 내에서, 공진기 조립체의 산란 파라미터(scattering parameter)(이하, 'S 파라미터')에 대응하는 주파수 응답 특성(frequency response characteristic)이 상대적으로 뾰족(sharp)한 곡선을 나타낼 수 있다. 공진기 조립체는 대상 피분석물의 농도 변화에 따른 상대 유전율 변화에 대해 높은 민감도를 나타낼 수 있다.
공진기 조립체의 상대 유전율은 주변의 대상 피분석물의 농도에 의해 영향을 받을 수 있다. 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 공진기 조립체의 상대 유전율이 변하므로, 공진기 조립체의 공진 주파수도 함께 변화한다. 따라서, 일 실시예에 따른 전자기파를 이용한 바이오 센싱 시스템은 바이오 센서의 공진기 조립체의 공진 주파수에 기초하여 대상 피분석물의 농도를 결정할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 바이오 센서는 공진기 조립체의 공진 주파수를 정확하게 결정할 수 있고, 더 나아가 공진 주파수에 대응하는 대상 피분석물의 농도도 정확하게 추정할 수 있다.
도 1은 상대 유전율과 공진 주파수 간의 관계를 도시한 그래프이다.
[수학식 1]
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여기서 L은 인덕턴스 성분을, C는 커패시턴스 성분을, ε는 유전율을 각각 의미할 수 있다.
상술한 수학식 1과 같이, 상대 유전율과 공진 주파수는 반비례 상관관계를 가지고 있다. 유전율이 낮을수록 주파수 변화가 증가한다. 다시 말해, 주파수가 낮을수록 유전율 변화에 둔감해진다. 상술한 바이오 센서는 생체 내에 삽입되어 주변의 대상 피분석물의 농도 변화에 따른 공진기 조립체의 공진 주파수 변화에 따라 혈당을 추정 및/또는 결정할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 바와 같이, 주파수 대역에 따라, 예를 들어, 공진 주파수가 낮아질수록 공진 주파수의 천이량과 혈당을 맵핑하여 보정하는 것이 어려워질 수 있다.
또한, 여러 가지 환경 요인으로 전자기파 기반 바이오 센서가, 바이오 센싱 시스템의 동작 주파수 범위를 벗어나면, 바이오 센서의 동작이 보장되지 않을 수 있다. 따라서, 전자기파 기반 바이오 센서는 공진기 조립체의 공진 주파수를 보정할 수 있다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 매칭 회로의 구성 예시를 설명한다.
한편, 종래의 연속혈당측정기의 혈당 보정에는 채혈을 통하여 혈당 추정 값을 보정했었다. 반면, 일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템은, 채혈을 통한 방법이 아닌, 미리 결정된 양의 포도당을 가지는 특별한 정재형 약이 대상자에게 투여된 후의 혈당 추정 값을 기준으로, 보정을 수행할 수 있다. 미리 결정된 양의 포도당을 함유하는 정재형 약이 대상자에게 투입되면, 해당 대상자에게서 기준 혈당 값이 추정될 것으로 예상될 수 있다. 따라서, 바이오 센싱 시스템은 해당 대상자에 대해 확보된 기준 혈당 값에 기초하여 센서의 공진 주파수를 보정할 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 혈당 추정 보정을 위해 공진기 조립체(일례로, 도 2 및 도 3의 바이오 센서(210))에 연결되는 가변 커패시터(Capacitor, 220) 및 가변 인덕터(Inductor, 230)를 추가로 더 포함할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 버랙터 다이오드의 구성 및 버랙터 다이오드의 전기적 특성을 도시한다.
도 2 및 도 3에서 상술한 가변 커패시터(210)는 도 4에 도시된 버랙터(Varactor) 다이오드가 사용될 수 있다. 버랙터 다이오드는 역전압 바이어스를 이용하는 다이오드이다. 보다 구체적으로, 버랙터 다이오드는 가변 커패시터로 동작할 수 있는 반도체 소자로, 역 바이어스 일 때, 버랙터 다이오드는 인가된 전압에 따라 변화하는 커패시턴스를 가질 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 스위칭을 이용한 회로를 도시한다.
도 2 및 도 3에서 상술한 가변 커패시터(210) 및 가변 인덕터(220)는 도 7에 도시된 바와 같이 스위치 소자(610)에 의해 구현될 수도 있다. 스위치 소자는 릴레이(relay), 다이오드(diode), 전계효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor) 등이 사용될 수 있다. 다른 예를 들어, 브릿지 회로가 사용될 수도 있다. 이 경우, 스위치 소자(610)는 적어도 하나의 커패시터 또는 적어도 하나의 인덕터를 공진기 구조체와 연결 또는 연결 해제함으로써, 공진기 구조체의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 변경할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 공진 주파수의 값은 산란계수를 통하여 획득될 수 있다. 공진기 조립체의 Q값이 높을수록 미세한 유전율 변화를 잘 감지할 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 높은 Q값을 구현하기 위해 상술한 가변 커패시터 및 가변 인덕터를 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 공진기 조립체는 사용 과정에서 열화 등에 의해 공진 주파수가 달라질 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 열화에 의한 공진 주파수의 천이를 보정하기 위해 바이오 센서에 연결되는 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 포함할 수 있다. 바이오 센싱 시스템은 바이오 센서의 공진 주파수를 원래 목표로 하던 주파수로 복원할 수 있다.
또한, 바이오 센서의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 조절하는 과정에서, 공진기 조립체로 전달된 후 공진기 조립체로부터 신호가 반환되는 레벨이 달라질 수 있다. 바이오 센서는, 신호의 반환 레벨을 유지하기 위해, 공진기 조립체로 전달되기 전에 신호의 레벨을 주파수 대역 별로 미리 조정(예를 들어, 이퀄라이징)할 수도 있다.
앞서 공진기 조립체에 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 추가 소자로 연결하는 것이 설명되었으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 공진기 조립체의 구조 자체가 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 가지도록 설계될 수도 있다.
바이오 센싱 시스템은 미리 정한 주기마다 공진기 조립체의 공진 주파수를 검사하여, 해당 값이 미리 정한 범위 값을 벗어날 때 공진기 조립체의 공진 주파수 보정 프로세스를 개시할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센싱 시스템은, 사용자가 바이오 센서를 사용하지 않을 때, 사용하기 전, 및 사용 후 중 적어도 한 시점에서 자체적으로 바이오 센서의 공진기 조립체를 테스트(test)하여 공진 주파수가 달라졌는지를 판단할 수 있다.
일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템은 공진 주파수의 복원 프로세스로서, 예를 들어, 커패시턴스/인덕턴스를 변경하는 과정에서 원하는 공진 주파수가 달성되었는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서는 변경할 때마다 공진 주파수를 측정할 수 있다. 다른 예를 들어, 바이오 센서는 오류라고 판단된 공진 주파수가 센싱될 때 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 목표 커패시턴스 값 및 목표 인덕턴스 값으로 변경할 수 있다.
앞서 공진기 조립체의 공진 주파수 천이를 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 다른 예를 들어, 바이오 센싱 시스템은 바이오 센서의 동작 주파수가 달라지면, 바이오 센서로 발진 신호를 주입(inject)하는 위상 고정 루프(PLL, phase locked loop) 회로의 발진 주파수를 변경할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서의 내부구성의 예를 도시한 블록도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서의 보정 방법의 예를 도시한 흐름도이다. 바이오 센서(800)는 도 8에 도시된 바와 같이 공진기 조립체(810), 임피던스 매칭부(820) 및 제어부(830)를 포함할 수 있다.
단계(910)에서 공진기 조립체(810)는 바이오 센서(800)의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 생성할 수 있다.
단계(920)에서 제어부(830)는 공진기 조립체(810)의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 임피던스 매칭부(820)를 통한 공진기 조립체(810)의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나에 대한 변경 여부 및 변경량을 결정할 수 있다. 이때, 제어부(830)는 공진기 조립체(810)의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 여부를 모니터링할 수 있으며, 공진기 조립체(810)의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 경우에 응답하여, 임피던스 매칭부(830)를 이용하여 공진기 조립체(810)의 주파수 보정 프로세스를 개시할 수 있다.
단계(930)에서 임피던스 매칭부(820)는 공진기 조립체(810)의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 일례로, 제어부(830)에 의해 공진기 조립체(810)의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어난 것으로 판단되는 경우, 제어부(830)는 공진기 조립체(810)의 주파수 보정 프로세스를 개시할 수 있으며, 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나에 대한 변경량을 임피던스 매칭부(820)로 전달할 수 있다. 이 경우, 임피던스 매칭부(820)는 전달된 변경량에 따라 공진기 조립체(810)의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 일실시예로, 임피던스 매칭부(820)는 공진기 조립체(810)에 추가로 연결되는 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 포함할 수 있다. 여기서, 가변 커패시터와 가변 인덕터는 도 2 및 도 3을 통해 설명한 가변 커패시터(220) 및 가변 인덕터(230)에 대응할 수 있다. 이 경우, 임피던스 매칭부(820)는 이러한 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 통해 커패시턴스 성분 및/또는 인덕턴스 성분을 변경함으로써, 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터와 연결된 공진기 조립체(810)의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 다른 실시예로, 임피던스 매칭부(820)는 적어도 하나의 인덕터 및/또는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 인덕터 및/또는 적어도 하나의 커패시터와 각각 연결된 스위치 소자를 포함할 수 있다. 여기서 스위치 소자는 도 7을 통해 설명한 스위치 소자(610)에 대응할 수 있다. 이 경우, 임피던스 매칭부(820)는 스위치 소자를 통해 적어도 하나의 인덕터 및/또는 적어도 하나의 커패시터를 공진기 조립체(810)와 연결하거나 또는 연결 해제함으로써, 공진기 조립체(810)의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 보다 구체적으로 임피던스 매칭부(820)는 스위치 소자를 통해 적어도 하나의 인덕터를 공진기 조립체(810)와 연결 또는 연결 해제함으로써 공진기 조립체(810)의 인덕턴스를 변경하거나 또는 스위치 소자를 통해 적어도 하나의 커패시터를 공진기 조립체(810)와 연결 또는 연결 해제함으로써 공진기 조립체(810)의 커패시턴스를 변경할 수 있다. 일례로, 임피던스 매칭부(820)는 스위치 소자를 통해 공진기 조립체(810)와 연결되는 커패시터의 수 또는 인덕터의 수를 조절함으로써, 공진기 조립체(810)의 커패시턴스의 변경량 또는 인덕턴스의 변경량을 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전자기파 기반의 생체 정보 측정 센서의 보정을 위한 방법 및 바이오 센서를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 전자기파를 이용한 바이오 센서에 있어서,
    상기 바이오 센서의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 생성하는 공진기 조립체;
    상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경하는 임피던스 매칭부; 및
    상기 공진기 조립체의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 상기 임피던스 매칭부를 통한 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나에 대한 변경 여부 및 변경량을 결정하는 제어부
    를 포함하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 여부를 모니터링하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 경우에 응답하여, 상기 임피던스 매칭부를 이용하여 상기 공진기 조립체의 주파수 보정 프로세스를 개시하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는,
    상기 공진기 조립체와의 연결을 위한 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 버랙터 다이오드를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는,
    상기 가변 커패시터의 커패시턴스 성분 및 상기 가변 인덕터의 인덕턴스 성분 중 적어도 하나를 변경함으로써, 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는,
    상기 공진기 조립체와의 연결을 위한 적어도 하나의 인덕터 또는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 인덕터와 상기 공진기 조립체간의 연결을 제어하는 스위치 소자 또는 상기 적어도 하나의 커패시터와 상기 공진기 조립체간의 연결을 제어하는 스위치 소자를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는,
    상기 스위치 소자를 통해 상기 적어도 하나의 인덕터를 상기 공진기 조립체와 연결 또는 연결 해제함으로써 상기 공진기 조립체의 인덕턴스를 변경하거나 또는 상기 스위치 소자를 통해 상기 적어도 하나의 커패시터를 상기 공진기 조립체와 연결 또는 연결해 제함으로써 상기 공진기 조립체의 커패시턴스를 변경하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파를 이용한 바이오 센서.
  9. 전자기파를 이용한 바이오 센서의 보정 방법에 있어서,
    공진기 조립체를 통해 상기 바이오 센서의 주변의 대상 피분석물의 농도에 따라 변화하는 공진 주파수를 생성하는 단계;
    상기 공진기 조립체의 공진 주파수 천이 및 기준 동작 주파수 범위에 기초하여, 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나에 대한 변경 여부 및 변경량을 결정하는 단계; 및
    임피던스 매칭부를 이용하여 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경하는 단계
    를 포함하는 보정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 여부를 모니터링하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 보정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 공진기 조립체의 공진 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어나는지 경우에 응답하여, 상기 임피던스 매칭부를 이용하여 상기 공진기 조립체의 주파수 보정 프로세스를 개시하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보정 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는,
    상기 공진기 조립체와의 연결을 위한 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 보정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는,
    상기 가변 커패시터의 커패시턴스 성분 및 상기 가변 인덕터의 인덕턴스 성분 중 적어도 하나를 변경함으로써, 상기 공진기 조립체의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 변경하는 것
    을 특징으로 하는 보정 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는,
    상기 공진기 조립체와의 연결을 위한 적어도 하나의 인덕터 또는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 인덕터와 상기 공진기 조립체간의 연결을 제어하는 스위치 소자 또는 상기 적어도 하나의 커패시터와 상기 공진기 조립체간의 연결을 제어하는 스위치 소자를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 보정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는,
    상기 스위치 소자를 통해 상기 적어도 하나의 인덕터를 상기 공진기 조립체와 연결 또는 연결 해제함으로써 상기 공진기 조립체의 인덕턴스를 변경하거나 또는 상기 스위치 소자를 통해 상기 적어도 하나의 커패시터를 상기 공진기 조립체와 연결 또는 연결해 제함으로써 상기 공진기 조립체의 커패시턴스를 변경하는 것
    을 특징으로 하는 보정 방법.
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