KR20180061327A - 비침습적 혈당측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사광을 이용해 혈당을 측정하는 비침습적 혈당측정기와 혈당측정방법에 관한 것으로, 환자들이 자신의 혈당을 측정하는데 이용되는 기존의 표준 혈액채취법을 대체하면서도 충분히 정확한 방법과, 이 방법을 이용해 혈당을 측정하는 휴대형 장치를 제공한다. 측정된 반사광의 신호들은 적절한 필터와 수학적 처리를 이용해 현재 혈당을 계산하는데 사용된다.

Description

비침습적 혈당측정기

본 발명은 비침습적 혈당측정기에 관한 것으로, 피부를 찌르는 등의 침습적 샘플링 없이 피부나 체조직에서의 전자기선 굴절을 측정하여 인간을 포함한 포유류의 혈당치 측정기에 관한 것이다. 이 측정기는 가시광 중의 척색광 부분과 IR(near-infrared)을 전자기선 소스로 이용하고, 의료진단 분야에서 사용되며 기본적으로 휴대형이어서 사용자들이 손목 등에 착용할 수 있다.

혈당치 정보는 당뇨에 아주 중요하다. I형과 II형 당뇨는 잠재적으로 치명적인 질병이지만, 혈당치를 제대로 관리하면 당뇨환자라도 정상적이고 활동적인 삶을 살 수 있다. 당뇨를 잘 조절하려면, 주기적으로 혈당치를 조절하는 것이 중요한데, 이를 위해서는 매일매일, 심지어는 하루에 여러번이라도 BSL(blood sugar level)을 체크해야 한다. 복잡한 형태의 당뇨 환자들은 측정된 BSL과 계획적인 영양요법에 맞게 적절한 인슐린 양을 결정한다. 현재 대부분의 당뇨 환자들은 BSL 조절을 위해 침습적 방법인 표준 방법으로서, 침을 찔러 채취한 혈액 샘플을 검사지에 바르고, 검사지를 측정기에 삽입하는 것이 보통이다. 환자에 따라서는 BSL을 하루에도 여러번 검사해야만 하고, 이런 침습적 방법은 불쾌하면서 고통스럽기도 하다. 따라서, 비침습적 혈당 측정기에 대한 다양한 개발이 이루어지고 있다.

RU2506893 특허는 100~1500 Hz에서 7000~10,000 Hz의 초음파를 이용한 혈당측정기와 방법을 소개하고 있다. 이 측정기는 가시광 스펙트럼을 이용하지 않으며 휴대형도 아니다.

US9078606B1 특허는 여러 파장의 마이크로파를 이용한 측정기를 소개하고 잇다. 이 측정기는 마이크로파를 받아 필요한 신호를 발진하는 공진실을 갖추고 있다. 손가락으로 공진실 구멍을 눌러 적정량의 조직을 공진실 안에 넣으면, 발진주파수가 변하면서 조직의 혈당치를 표시한다. 특정 주파수에 따라 필요한 신호가 발진하고 이를 이용해 BSL을 계산한다. 이 측정기는 손가락 끝으로만 BSL을 측정할 수 있고, 가시광 스펙트럼은 이용하지 않는다.

특허 US2013075700은 다양한 레이저 광원들을 이용해 여러 혈액인자들을 측정하는 장치를 소개하는데, 이 장치에서는 레이저를 광섬유를 통해 측정점에 비춰야 한다. 이런 장치는 많은 광학필터와 전기필터와 광증폭기와 처리기들을 필요로 하지만, 매일 사용하기에는 너무 대형이고 휴대형이 아니어서 이동성 문제를 해결하지 못한다. 이 장치는 1400~2500 nm 이상의 파장의 보이지 않는 빛을 이용한다.

손목에서 혈당치를 비침습적으로 측정하는 방법이 US20150112170A1 특허출원에 소개되었는데, 이 장치는 혈당치를 측정하는데 중적외선 레이저를 이용한다. 레이저에 의해 광섬유를 거쳐 측정기에 빛을 비추고 반사광에 의거하여 혈당치를 계산한다. 이 장치는 1400nm 파장 이상의 보이지 않는 빛을 이용한다.

PCT/US95/00265에 소개된 장치는 눈에 보이지 않는 빛을 이용해 비침습적 혈액측정을 하는 것으로, 다수의 광원들을 렌즈 시스템으로 연결해 빛을 증폭한다. 증폭된 빛은 혈액샘플에 초점을 맞추고 그 밑에 위치한 디텍터가 샘플을 투과한 광량을 검사해 혈액내 여러 물질들의 농도를 계산한다. 이 장치는 반사광이 아닌 투과된 빛을 측정하고, 휴대형도 아니며 병원에서 사용하는 용도이다.

혈당 측정에 청색광원을 이용하는 방법도 있는데, 이 경우 소변 샘플을 투과한 빛에 의거하여 혈당 농도가 결정된다. 샘플내 포도당이 청색광을 흡수하므로, 포도당 양에 의해 투과된 광량이 직접 측정된다. 포도당이 많을 수록 측정결과는 낮아진다(Abidin M.S., Rajak A., Salam R.A., Munir M.M., Khariurrijal K. (2015) "Measurement of Glucose in Blood Using a Simple Non-Invasive Method", Science Forum Materials, Vol. 827, pp.105-109).

당화혈색소를 기준으로 시간에 따른 평균 혈당치를 결정하는 다른 방법도 있는데, 이 경우 IR의 흡수율을 측정해 비침습적으로 당화혈색소의 양을 측정한다. 혈액내 포도당의 양은 당화혈색소의 측정량에 비례한다. 이 방법으로 현재의 혈당치를 결정할 수 있다(Nathan D.M., Kuenen J., Borg R., Zheng H., Schoenfeld D., Heine R.J. (2008). "Translating the A1C Assay into Estimated Average Glucose Values" Diabetes Care 31(8): 1473-8).

지금까지 2가지 파장대의 전자기선, 즉 가시광과 IR을 조합한 전자기선을 피부나 체조직에서 반사된 것을 측정해 포유동물, 특히 인간의 혈당을 비침습적으로 측정하는 방법은 없었다.

본 발명은 (1) 반사광을 이용해 혈당을 측정하는 비침습적 방법으로서, 환자들이 자신의 혈당을 측정하는데 이용되는 기존의 표준 혈액채취법을 대체하면서도 충분히 정확한 방법과, (2) 이 방법을 이용해 혈당을 측정하는 휴대형 장치를 제공한다. 측정된 반사광의 신호들은 적절한 필터와 수학적 처리를 이용해 현재 혈당을 계산하는데 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 측정기의 사시도;
도 2는 본 발명의 측정방법의 순서도.

본 발명의 측정기는 아래 요소들을 포함한다:

- 파장이 430~480 nm, 바람직하게는 460nm이며 실시예에서는 청색 LED인 청색광원;

- 파장이 700~3000 nm, 바람직하게는 940nm이며 실시예에서는 IR LED인 IR 광원;

- 피부나 조직에서 반사된 청색광과 IR을 측정해 저항이나 전류나 전압의 변화로 변환하는 센서 유닛. 이 센서 유닛은 청색광과 IR을 변환하기에 충분히 큰 범위의 파장을 갖고, 청색광과 IR용으로 각각 별도로 2개의 센서 유닛을 사용할 수도 있으며, 실시예에서는 감지된 파장범위가 300~1100 nm이며 출력단에서 빛이나 적외선의 강도에 비례하는 전류를 생산하는 포토다이오드를 사용한다.

- 감지된 청색광이나 IR이 감지되면 센서 유닛에서 나오는 신호를 여과하는 주파수 여과기. 주파수 여과기는 하나 이상의 아날로그 및/또는 디지털 주파수 필터로 이루어지고, 이 필터는 청색광을 측정할 때의 청색광 파동의 주파수 F_B를 포함한 주파수 대역과 IR을 측정할 때의 IR 파동 주파수 F_IR을 포함한 주파수 대역을 제외한 모든 주파수의 신호를 여과하며, 유용한 신호가 공지의 주파수(F_B, F_IR)로 시작하기 때문에 주파수 여과가 필요하고 이 여과를 이용해 측정된 신호에서 잡음을 없애며, 실시예에서는 "고역통과" 주파수 필터와, "대역통과" 필터와, 청색광용의 20비트 해상도 이상 및 IR용의 10비트 해상도 이상의 적어도 하나의 ADC 컨버터를 사용한다. 주파수 여과기는 여과를 하는 동안이나 그 후에 신호를 증폭하거나 신호를 전류값에서 전압값으로나 그 반대로 바꾸는 증폭기를 포함할 수도 있는데, 실시예에서는 청색광 반사를 측정할 때 1:1000 및 IR 반사를 측정할 때 1:1의 비율로 신호를 증폭하고 전류값을 적절한 전압값으로 바꾸는 트랜스임피던스 증폭기를 사용한다.

- 프로그램용 메모리와 저장용 메모리를 갖추고 아래와 같이 측정결과들의 처리를 하는 프로세싱 유닛:

a) 파동 주파수 F_B와 여기 시간간격 T_B로 청색광원의 여기를 제어. F_B는 100~300 kHz에서 선택되고, 바람직하게는 200kHz이다. T_B는 1~10초이고, 바람직하게는 7초이다.

b) 파동 주파수 F_IR와 여기 시간간격 T_IR로 IR 광원의 여기를 제어. F_IR는 1~50 kHz에서 선택되고, 바람직하게는 10kHz이다. T_IR는 1~10초이고, 바람직하게는 7초이다.

c) 주파수 여과기의 여과 제어.

d) 청색광과 IR에 대해 별도로 각각의 측정간격으로부터 여과된 신호로부터 검색된 신호값들을 캡처. 측정간격은 실시예에서처럼 여기 간격과 같은 것이 일반적이지만, 더 짧을 수도 있는데, 예를 들면 측정간격의 시작이 최대 0.5초까지 지연되면 측정지에서 전이현상들이 없어진다. 일례로, 검색된 값이 각각의 측정간격에서 절대 최대 전압값과 절대 최소 전압값으로서, 청색광 반사 측정시는 U_Bmax와 U_Bmin이고, IR 반사 측정시는 U_IRmax와 U_IRmin이다.

e) 소정의 수학알고리즘을 이용해 검색된 값에서 혈당 계산.

배터리나 다른 전기를 전원으로 사용하는데, 디스플레이 뒤에 위치한 배터리로 작동되는 것이 좋다.

청색광원과 IR 광원과 센서유닛은 측정하는 동안 피부나 조직을 마주보고 밀착된다. 이런 광원과 센서유닛은 서로 이웃해있고, 2개의 광원은 가능하면 센서와 가까운 것이 좋다. 빛이나 IR이 피부와 조직을 침투하는데, 일부는 피부와 조직에 흡수되고 나머지는 피부와 조직에서 반사되어 센서유닛에 들어간다. 광원들과 센서유닛을 예컨대 손목의 지방조직과 같은 신체 부위에 놓을 때 최적의 결과가 구해진다.

한편, 측정기가 BSL 값을 보여주고 측정과정과 에러 등을 안내하거나 알려주는 디스플레이를 갖출 수도 있다. 디스플레이는 측정기의 윗면, 즉 피부와 접촉하지 않는 쪽에 위치하고, 본 실시예에서는 OLED 스크린을 사용한다.

또, 측정기의 프로그래밍이나 제어를 하고 측정값과 계산된 BSL을 PC나 다른 기기로 전송하기 위해 블루투스와 같은 통신회로를 갖출 수도 있다.

측정기는 플라스틱 등으로 이루어진 케이싱으로 보호된다. 양쪽 광원과 센서유닛은 가시광과 IR을 투과시키는 투명 실리콘으로 코팅된다. 측정할 때 햇빛과 같은 외부간섭을 피하려면 측정기를 측정 위치의 피부에 밀착시킨다.

손목과 같은 측정부위에 장착하기 위한 스트랩을 측정기가 갖출 수도 있는데, 팔찌나 벨트로 하면 바람직할 것이다.

장치의 온/오프 기능과 디스플레이 세팅을 조절하기 위해 측정기에 하나 이상의 버튼이 달릴 수도 있는데, 이런 버튼을 터치스크린으로 구현할 수도 있다.

본 발명의 측정기를 이용한 혈당측정방법은 아래 단계들을 포함한다.

광원들과 센서유닛이 측정위치의 피부나 조직에 밀착되도록 측정기를 측정위치에 설치한다.

측정을 시작하기 전에, 검사 프로토콜을 실행하여 측정기가 팔목 등에 제대로 설치되었는지 확인할 수도 있다. 검사프로토콜의 1단계는 선택된 파동주파수로 청색광원이나 IR 광원을 여기하는 것이다. 센서유닛은 피부/조직에서 반사된 빛이나 적외선을 감지하고 신호를 내는데, 이 신호는 주파수 여과기에서 여과되고, 여과기는 선택된 주파수 부근의 좁은 주파수 대역 이외의 모든 주파수들을 여과한다. 프로세서 유닛은 이렇게 구한 신호를 소정의 값과 비교한다. 구한 신호가 이 값보다 크면, 반사가 충분히 강력하고 측정기가 측정위치에 견고히 부착되었음을 의미한다. 따라서, 측정과정을 계속하면 된다. 구한 신호가 이 값보다 낮으면, 본 실시예에서는 디스플레이에 경고가 뜨고 사용자는 신체에서의 측정기의 위치를 교정할 수 있다.

이어서 청색광원을 이용한 측정을 한다. 청색광원은 측정간격 T_B에서 주파수 F_B의 파동으로 여기된다. 센서유닛은 반사광을 감지해 전기신호, 여기서는 전류로 변환한다. 이 전기신호는 프로세싱 유닛의 메모리에 저장된다.

전기신호는 주파수 여과기로 보내지고, 여과기는 청색광 주파수 F_B의를 포함한 부근의 특정 주파수 대역을 제외한 모든 주파수를 여과하고, 경우에 따라서는 여과 전후에 전기신호를 증폭하기도 한다.

파동 주파수 F_B는 200kHz이고 측정간격은 청색광원의 여기간격 T_B와 같게 7초로 하고, 100배의 증폭율을 갖는 트랜스임피던스 증폭기로 먼저 센서유닛의 신호를 증폭함과 동시에, 여과에 앞서 전류인 전기신호를 전압으로 변환한 다음 여과를 한다. 측정된 전류값이 pA 범위이기 때문에 신호증폭이 필요하고, 여과가 선택적이 아니기 때문에 증폭되지 않은 신호처리는 사실상 불가능하다. 증폭은 측정된 신호의 여과선택율을 높인다. 여기서는, "대역통과" 여과로 신호를 여과하여 신호로부터 모든 주파수 성분들을 여과하되, 주파수성분 F_B와 주변 대역 ±10%만 예외로 한다. F_B는 200kHz이다. 다음, 디지털 포맷으로의 신호 변환을 하되 20비트 이상의 해상도를 가져야 하는 ADC 컨버터로 하여, 변환된 신호가 후처리와 측정을 위해 충분히 정밀하다.

이렇게 여과된 신호로부터, 이어서 반사된 청색광을 측정할 때 검색된 신호값들을 캡처해 다음 단계들에 적용해 혈당값을 계산한다. 여기서는 청색광 반사를 측정할 때 검색된 값들이 절대 최대 전압 U_Bmax와 절대 최소 전압 U_Bmin이고, 이때의 절대 최소전압은 0보다 크다.

이어서 IR 광원을 이용한 측정을 한다. 측정간격 T_IR에서 주파수 F_IR로 IR 광원을 여기시킨다. 센서유닛이 반사광을 감지해 전기신호로 변환하는데, 여기서는 전류로 변환한다. 이 전기신호는 프로세싱 유닛의 메모리에 저장된다.

전기신호를 주파수 여과기로 보내, IR 광원 파동주파수 F_IR과 그 부근의 특정 주파수 대역을 제외한 모든 주파수들을 여과하고 경우에 따라서는 여과 전이나 후에 신호를 증폭하기도 한다.

F_IR은 10kHz이고, 측정간격은 IR 광원의 여기간격 T_IR과 같게 7초로 한다. 여과를 하기 전에 센서유닛의 신호를 증폭율 1의 트랜스임피던스 증폭기로 보내 전류 전기신호를 전압으로 변환한 다음 여과를 한다. 이때는 신호의 전류값이 이미 nA 범위에 있으므로 신호증폭이 불필요하다. 다음, 고역통과 주파수필터로 신호를 여과하는데, 신호로부터 20kHz 미만의 모든 주파수를 걸러낸다. 이렇게 여과된 신호로부터 신호의 주변 성분을 제거한다. 신호의 주변성분은 센서유닛이 감지는 했어도 IR 광원에 의해 전송되지 않은 모든 전자기선으로서, 예컨대 실내의 빛이나 열, 체열, 햇빛 등이 이에 속한다. 따라서, 이런 성분은 신호에서 제거해야 하는 노이즈이다. 신호의 주변성분의 측정에 대해서는 후술한다. 신호의 주변성분이 (측정기의 IR 광원의 결과인) 유용한 신호와 (신호의 주변성분을 포함한) 노이즈의 합인 총 측정신호보다 크면, 신호대 잡음비가 너무 커서 반사된 IR의 측정을 반복한다.

주변성분의 측정은 IR 신호의 측정 전이나 후에 측정기를 손목에 적절히 설치해 할 수 있다. 이전 측정에서의 충격/열선을 최소화하려면 모든 광원의 마지막 여기와 주변성분의 측정 사이에 적어도 1/2초는 흘러야 한다. 주변성분의 측정간격 동안, IR이나 청색광원은 여기되어서는 안된다. 이 방법으로 노이즈를 나타내는 주변이나 신체의 전자기선만 측정된다. 주변성분 측정간격은 0.5초 내지 0.7초가 좋지만 1초를 넘을 필요는 없다. 이렇게 구한 신호는 프로세싱 유닛의 메모리에 저장되고, 이 경우 이 신호는 트랜스임피던스 증폭기에 의해 증폭되고 전류에서 측정된 IR 신호와 같은 비율로 전압으로 변환된다.

다음, 디지털 포맷으로의 신호변환이 ADC 컨버터에 의해 이루어지는데, 이 컨버터는 10비트 이상의 해상도 바람직하게는 16비트의 해상도를 가져야 한다. 10kHz인 메인주파수 성분 FIR과 주변대역 ±10%로 디지털 신호를 위한 "대역통과 주파수여과를 한다.

이렇게 여과된 신호로부터, 반사된 IR을 측정할 때, 검색된 신호의 값들을 캡처하고, 이를 이용해 혈당치를 계산한다. 여기서는 IR 반사를 측정할 때 검색된 값들이 절대 최대 전압 U_IRmax와 절대 최소 전압 U_IRmin이고, 이때의 절대 최소전압은 0보다 크다.

이어서, 양쪽 측정치의 검색값을 이용해 소정의 수학적 알고리즘으로 혈당치를 계산한다. 여과된 신호로부터 검색된 값들은 전류나 전압으로 측정되고, 최대최소값 이외에, 각각의 측정간격에서의 평균값과 같은 다른 값들도 포함한다. 본 실시예에서 설정된 것들 외의 다른 값들을 선택하면 자연적으로 혈당치를 계산할 알고리즘도 조정해야 한다.

여기서는, U_Bmax, U_{Bmin ,} U_IRmax, U_IRmin에서 X₁과 X₂ 인자를 계산한다.

아래의 X1을 계산할 공식은 적색광과 IR의 양을 측정해 산소로부터 헤모글로빈을 간접적으로 계산하는 기존의 공식을 변형한 것으로, 본 실시예에서는 반사된 청색광과 IR을 측정해 혈당치를 계산하는 것으로 조정했다.

아래의 X2를 계산할 공식은 실험으로 구한 것으로, X2는 U_Bmax대 U_Bmin 비의 자연로그에 비례하고 U_IRmax 대 U_IRmin 비의 자연로그에 반비례한다.

본 실시예에서 AG 혈당치는 아래 실험식으로 계산된다:

K1과 K2는 측정기의 구성에 사용된 특정 전자소자들은 물론, 특수한 타입의 피부의 흡수율도 반영한다. K1과 K2를 특정 전자소자의 특성과 특수한 피부 타입의 흡수율에 의거해 실험으로 결정하거나 계산할 수 있다. 여기서는 상수 K1과 K2를 아래 방식으ㅗ 실험적으로 결정한다: 본 발명의 측정기로 혈당을 측정할 때마다, 표준 혈액 샘플링 방법으로 측정을 했다. 2개 측정을 비교해, 측정치 사이에 최소의 편차가 있도록 K1과 K2를 결정했다. 따라서, 유럽인의 밝은 피부타입에 대해 실험적으로 아래와 같이 결정되었다:

K1=4.61

K2=1.13

특정 피부 타입에 맞게 측정기를 교정할 수도 있는데, IR 반사 및/또는 청색광 반사의 추가 측정에 의거하여 특정 피부 타입에 대한 흡수율을 결정하여 교정을 한다. 또, 측정을 하기 전에 소정의 K1과 K2 값들로부터 피부 타입을 선택할 수도 있는데, 이 경우 특정 피부 타입에 대한 양쪽 상수들을 혈당치를 계산할 프로세싱 유닛의 프로그램에 미리 저장해둔다.

본 실시예에서는, 구해진 혈당치가 스크린에 디스플레이되는 것이 보통이지만, 이 값을 후처리하거나 소정의 메시지를 정상, 정상 미만, 정상 이상과 같은 소정의 로질으로 사용자에게 보여줄 수도 있다.

프로세싱 유닛이 구한 결과를 소정의 예상값 범위와 비교할 수도 있다. 구한 결과가 범위내에 있으면, 측정이 성공적이라고 받아들이고, 경우에 따라서는 스크린에 디스플레이한다. 구한 결과가 범위내에 없으면, 측정치를 폐기하고 필요하면 반복한다.

측정을 반복적으로 할 수도 있다. 성공적인 측정으로 구한 결과들은 예컨대 평균값이나 오차값 범위내로 처리되고 전송된다.

본 발명의 방법에 의하면, 4 mmol/L와 13 mmol/L 사이의 범위의 혈당 측정을 하되 오차범위를 최대 20%로 할 수 있다. 오차 원인은 다양할 수 있는데, 예를 들면 측정기를 피부에 느슨하게 끼우거나 피부나 체모가 손상되어 흡수율이 바뀌거나 혈관이 수축되는 등등이다.

실시예:

도 1의 본 발명의 측정기는 케이싱(1)과, 손목에 단단히 부착하기 위한 장착스트랩(2)으로 구성된다. 손목의 피부에 닿는 케이싱 면에는 청색광원으로서의 청색 LED(3)와 IR 광원으로서의 IR LED(4) 및 센서유닛으로서의 수신 포토다이오드(5)가 설치된다. 청색 LED는 460nm 파장의 빛을 내고, IR LED는 940nm 파장의 적외선을 내며, 수신 포토다이오드는 300~1100 nm 범위의 파장을 감지하고 최대 감도는 920nm이다. 케이싱(1)의 반대쪽 면에는 디스플레이 기능을 하는 OLD 스크린이 위치하지만, 도면에는 보이지 않는다. 케이싱의 측면에는 측정기의 온/오프를 조작하고 디스플레이 세팅을 조절할 다기능 버튼(6)이 배치된다. 케이싱은 플라스틱으로 이루어지며, LED와 포토다이오드 모두 가시광과 적외선에 투과되는 투명한 실리콘으로 코팅된다.

측정기의 작동을 담당하는 모든 전자소자들은 케이싱(1) 안에 배치된다. 프로세싱 유닛과 주파수 여과기는 Cypress PSOC5 칩으로 구현된다. 반사된 청색광을 여과하는 주파수 여과기의 일부는 증폭율이 1000인 트랜스임피던스 증폭기, "대역통과" 필터 및 24-비트 ADC 컨버터로 이루어진다. 포토다이오드에서 측정된 전류값이 pH 범위이기 때문에 신호증폭이 필요하고, 여과를 적절히 선택할 수 없어서 미증폭 신호의 후처리는 거의 불가능하다. 신호증폭은 측정된 신호의 여과선택율을 높인다.

반사된 IR을 필터링하는 주파수 여과기는 증폭율 1의 트랜스임피던스 증폭기, "고역통과" 필터 및 16-비트 ADC 컨버터로 구성된다.

외부 기기와의 통신을 위해 케이싱 안에 4세대 블루투스 회로가 들어있다. 케이싱에 리튬-폴리머 배터리가 있을 수도 있다. 이런 배터리는 기기에 직류전압을 공급하는 2 덕커넥터(dock connector)를 통해 충전된다.

도 2는 본 발명의 방법의 순서도이다. 이 방법은 측정기를 손목에 고정하는 단계, 검사프로토콜을 실행하는 단계, 측정기가 제대로 설치되었는지 확인하는 단계를 포함한다. 이어서, 청색광원 여기가 일어나 측정간격 T_B에서 주파수 F_B로 진동한다. 신호 여과를 하는데, 센서 유닛의 신호가 먼저 트랜스임피던스 증폭기에서 증폭된 다음, "대역통과" 필터로 여과되고 ADC 컨버터에서 디지털 형태로 변환된다. 이렇게 여과된 신호로부터, 반사된 청색광을 측정할 때, 검색된 값들이 캡처되고, 이 값들은 절대 최대전압 U_Bmax와 절대 최소전압 U_Bmin이며, 절대 최소전압은 0보다 크다. 이어서 주변성분 측정을 한 다음, IR 광원 여기를 일으키고, 측정간격 T_IR에서 주파수 F_IR로 여기한다. 센서유닛이 반사된 적외선을 감지해 전기신호로 변환한 다음, 신호 여과를 하는데, 센서유닛의 신호는 트랜스임피던스 증폭기로 보내지고 "고역통과" 필터로 여과된다. 이렇게 여과된 신호로부터 주변성분을 제거한다. 이어서 ADC 컨버터에 의해 디지털 포맷으로 신호가 변환되고 "대역통과" 필터로 디지털신호를 여과한다. 이렇게 여과된 신호로부터, 반사된 IR을 측정할 때 검색된 값들을 캡처하는데, 이 값들은 절대 최대전압 U_IRmax와 절대 최소전압 U_IRmin이며, 최소전압은 0보다 크다. 양쪽 측정에서 검색된 값들을 소정의 수학적 알고리즘에 적용해 혈당 계산을 한다.

Claims (15)

1. 피부 및/또는 조직에서 반사된 전자기선을 측정해 인간을 포함한 포유류에 대한 비침습적 혈당측정기에 있어서:
   - 파장 430~480 nm의 청색광원;
   - 파장 700~3000 nm의 IR 광원;
   - 피부나 조직에서 반사된 청색광과 IR을 측정해 저항이나 전류나 전압의 변화로 변환하는 센서 유닛;
   - 하나 이상의 아날로그 및/또는 디지털 주파수 필터들로 이루어지고, 이런 필터들은 청색광을 측정할 때의 청색광 파동의 주파수 F_B를 포함한 주파수 대역과 IR을 측정할 때의 IR 파동 주파수 F_IR을 포함한 주파수 대역을 제외한 모든 주파수의 신호를 여과하는 주파수 여과기; 및
   - 프로그램용 메모리와 저장용 메모리를 갖춘 프로세싱 유닛;을 포함하고,
   상기 프로세싱 유닛은,
   a) F_B는 100~300 kHz에서 선택되고 T_B는 1~10초인 파동 주파수 F_B와 여기 시간간격 T_B로 청색광원의 여기를 제어하고;
   b) F_IR는 1~50 kHz에서 선택되고 T_IR는 1~10초인 파동 주파수 F_IR와 여기 시간간격 T_IR로 IR 광원의 여기를 제어하며;
   c) 주파수 여과기의 여과를 제어하고;
   d) 청색광과 IR에 대해 별도로 각각의 측정간격으로부터 여과된 신호로부터 검색된 신호값들을 캡처하며;
   e) 소정의 수학알고리즘을 이용해 검색된 신호값에서 혈당을 계산하는 것을 특징으로 하는 비침습적 혈당측정기.
2. 제1항에 있어서, 상기 청색광원이 파장 460nm의 청색 LED이고 F_B는 7초의 여기간격 T_B에서 200kHz이며, 상기 IR 광원이 파장 940nm의 IR LED이고 F_IR은 7초의 여기간격 T_IR에서 10kHz이며, 상기 센서유닛은 검색된 파장 범위가 300~1100 nm인 포토다이오드이고, 청색 LED와 IR LED가 포토다이오드에 가깝게 혈당측정기에 설치되는 것을 특징으로 하는 비침습적 혈당측정기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주파수 여과기가 "고역통과 주파수필터, "대역통과" 주파수필터, 및 청색광에 대해 20비트 이상의 해상도와 IR에 대해 10비트 이상의 해상도를 갖는 ADC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 혈당측정기.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나에 있어서, 상기주파수 여과기가 청색광 반사를 측정할 때 증폭율 1:1000의 트랜스임피던스 증폭기와, IR 반사를 측정할 때 증폭율 1:1의 트랜스임피던스 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 혈당측정기.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 있어서, 혈당치를 보여주는 디스플레이, 혈당측정기의 프로그래밍과 제어 및/또는 측정되고 계산된 혈당치들의 컴퓨터나 다른 기기로의 전송을 하는 통신회로, 및 혈당측정기를 온/오프하고 디스플레이 세팅을 제어하기 위한 적어도 하나의 버튼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 혈당측정기.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 손목을 포함한 신체의 측정지점에 혈당측정기를 고정하기 위한 스트랩과, 배터리를 포함한 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 혈당측정기.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 하나에 있어서, 여과된 신호에서 검색된 신호값들이 각 측정간격에서의 절대 최대 전압값과 절대 최소 전압값으로서, 청색광 반사를 측정할 때의 U_Bmax와 U_Bmin, IR 반사를 측정할 때의 U_IRmax와 U_IRmin인 것을 특징으로 하는 비침습적 혈당측정기.
8. - 청색광원과 IR 광원과 센서 유닛이 측정 위치의 피부 및/또는 조직에 밀착되도록 신체의 측정 위치에 혈당측정기를 부착하는 단계;
   - 청색광원으로 측정하는 단계;
   - IR 광원으로 측정하는 단계; 및
   - 청색광 측정에서 검색된 신호값들과 IR 측정에서 검색된 신호값들을 소정의 수학적 알고리즘에 적용해 혈당을 계산하는 단계;를 포함하고,
   청색광원으로 측정할 때, a) 시간간격 T_B에서 주파수 F_B로 진동하도록 청색광원을 여기하고, b) 센서 유닛으로 반사광을 감지해 전기신호로 변환하며, c) 주파수 F_B와 그 부근 대역의 주파수를 제외한 모든 주파수의 신호를 여과하도록 주파수 여과기로 센서 유닛의 신호를 여과하고, d) 청색광 반사를 측정할 때 여과된 신호로부터 검색된 신호값들을 캡처하며;
   IR광원으로 측정할 때, a) 시간간격 T_IR에서 주파수 F_IR로 진동하도록 IR 광원을 여기하고, b) 센서 유닛으로 반사된 IR을 감지해 전기신호로 변환하며, c) 주파수 F_IR와 그 부근 대역의 주파수를 제외한 모든 주파수의 신호를 여과하도록 주파수 여과기로 센서 유닛의 신호를 여과하고, d) IR 반사를 측정할 때 여과된 신호로부터 검색된 신호값들을 캡처하며;
   상기 청색광원과 IR 광원으로 측정하는 것이 서로 독립적이고 그 순서도 임의적인 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.
9. 제8항에 있어서, 여과된 신호에서 검색된 신호값들이 각 측정간격에서의 절대 최대 전압값과 절대 최소 전압값으로서, 청색광 반사를 측정할 때의 U_Bmax와 U_Bmin, IR 반사를 측정할 때의 U_IRmax와 U_IRmin인 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 청색광원으로 측정할 때의 신호 여과가 아래와 같이 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.
    a) 1000의 증폭율을 갖는 트랜스임피던스 증폭기로 신호를 증폭함과 동시에 전류신호인 전기신호를 전압으로 변환;
    b) 200kHz의 F_B와 ±10%의 주변 대역 주파수를 제외하고 신호로부터 모든 주파수성분들을 여과하는 "대역통과" 여과로 신호여과;
    c) 20비트 이상의 해상도를 갖는 ADC 컨버터로 신호를 디지털 포맷으로 변환.
11. 제8항 내지 제10항 중의 어느 하나에 있어서, IR광원으로 측정할 때의 신호 여과가 아래와 같이 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.
    a) 1:1의 증폭율을 갖는 트랜스임피던스 증폭기에 센서 유닛의 신호를 보내고, 전류신호인 전기신호를 전압으로 변환;
    b) 20kHz 미만의 모든 주파수를 신호로부터 여과하는 "고역통과" 주파수 필터로 신호여과;
    c) 여과된 신호로부터 주변성분 제거;
    d) 10비트 이상의 해상도를 갖는 ADC 컨버터로 신호를 디지털 포맷으로 변환;
    e) 10kHz의 F_IR와 ±10%의 주변 대역 주파수를 제외하고 신호로부터 모든 주파수성분들을 여과하는 "대역통과" 여과로 신호여과.
12. 제11항에 있어서, 주변성분 측정이 IR 신호 측정 전이나 후에 이루어지고, 모든 광원의 마지막 여기와 주변성분의 측정 사이에 적어도 1/2초가 흘러야 하며, 측정하는 동안 IR 광원과 청색광원은 여기되어서는 안되며, 이렇게 구한 신호가 트랜스임피던스 증폭기에서 증폭되고 측정된 IR 신호와 같은 비율로 전류에서 전압으로 변환되는 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.
13. 제9항에 있어서, 혈당치가 아래의 공식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.
    

    

    
    여기서
    

    

    
    

    
14. 제9항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 측정을 하기 전에 검사 프로토콜을 실행하여, 혈당측정기가 신체의 측정위치에 제대로 설치되었는지, 주파수 F_B를 갖는 청색광원이나 주파수 F_IR을 갖는 IR 광원이 여기되었는지, 센서 유닛이 피부 및/또는 조직에서 반사된 청색광이나 IR을 감지해 주파수 여과기에서 여과되는 신호로 변환하는지를 확인하고; 프로세싱 유닛은 여과된 신호와 소정의 값을 비교하고 구해진 신호가 소정의 값보다 크면 혈당측정기가 신체 부위에 제대로 부착된 정도로 반사가 된 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.
15. 제9항 내지 제14항 중의 어느 하나에 있어서, 혈당측정방법을 여러번 반복하고, 이렇게 구한 측정 결과들을 처리하여 평균값이나 허용오차값으로 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 혈당측정방법.

Images