KR101656746B1

KR101656746B1 - 혈당농도 보정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101656746B1
Application number: KR1020100104363A
Authority: KR
Inventors: 김다미; 심봉주; 김무섭
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2016-09-12
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: KR20120043189A

Abstract

본 발명은 혈당농도 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 환자의 혈관의 PPG신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도와, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호를 수신하여, 상기 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한 본 발명의 보정 방법은, 상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행하고, 상기 참조 혈당농도와, 상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행한 신호를 PLS처리하여, 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하고, 상기 보정모델과 보정을 수행한 상기 광학신호를 PLS처리하여, 혈당농도의 보정을 수행한다. 본 발명에 따르면, 혈관의 부피 변화를 고려하여 혈당농도를 보정함으로써, 정확한 혈당농도를 얻을 수 있다.

Description

혈당농도 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTING BLOOD GLUCOSE CONCENTRATION}

본 발명은 혈당농도 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무채혈 혈당측정 시스템에 사용되는 혈당농도 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

병의 예방, 진단 및 관리를 위한 비침습(non-invasive) 측정 기술은 현재 활발하게 연구가 이루어지고 있는 분야 중 하나이다. 특히 무채혈 혈당측정은 최근 발병률이 급격하게 증가하고 있는 당뇨병과 관련하여 그 중요성이 크다.

일반적으로, 무채혈 혈당측정을 위하여 광학적 측정방식, 역이온 삼투방식, 임피던스 측정방식, 및 전기영동방식 등이 제안되어 왔다. 이 중 특히 많은 연구가 이루어지고 있는 광학적 측정방식은 특정 파장대의 빛을 주사하여 얻어진 신호를 통해 혈당농도를 추정하는 것이다. 이러한 광학적 측정방식은 다시 사용되는 빛에 따라 근적외선 분광법(NIR spectroscopy), 중적외선 분광법(MIR spectroscopy), 라만 분광법(Raman spectroscopy), 광음향 분광법(photoacoustic spectroscopy) 등으로 분류된다.

위와 같은 종래의 광학적 측정 방식은, 광학신호가 생체내 변화에 따라 영향을 받기 때문에 광학신호를 통해 추정한 혈당농도 추정치도 영향을 받게 되며, 이는 혈당농도 추정에 있어서 오차를 발생시키게 되어, 정확한 혈당농도 추정을 어렵게 하는 문제점이 있다.

한편, 혈당농도 추정에 영향을 주는 생체 내의 변화 중 하나가 혈관의 맥동(perturbation) 및 그에 따른 혈관의 부피 변화이다. 광학적 측정 방식에서 얻은 광학신호를 분석하기 위한 도구로써, 부분최소제곱(Partial Least Square; 이하, 간단히 'PLS'라 함)법이 많이 사용되는데, 종래의 PLS처리를 이용한 농도추정은 광학신호가 포함하고 있는 혈관내 혈당신호의 양이 혈관의 부피변화에 따라 달라지는 것을 고려하지 않아 오차가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광학적 측정방식의 무채혈 혈당측정 시스템에서 맥동으로 인한 혈관의 부피변화를 고려하여 혈당농도를 보정함으로써, 정확한 혈당측정을 가능하게 하는 혈당농도 보정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 환자의 혈관의 광혈류량측정(PPG)신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도를 이용하여, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 본 발명의 보정 장치는, 상기 광학신호를 상기 PPG신호의 변화가 존재하는 부분(AC부분)의 면적으로 나누는 보정을 수행하기 위한 제1보정부; 상기 참조 혈당농도를 이용하여 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하기 위한 수립부; 및 상기 수립부가 수립한 보정모델과 상기 제1보정부가 보정한 광학신호를 부분최소제곱(PLS)처리하여 혈당농도의 보정을 수행하기 위한 제2보정부를 포함하고, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, 주성분 분석(PCA)방식, 독립성분 분석(ICA)방식, 및 비음수행렬 인수분해(NMF)방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 수립부는, 상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행하기 위한 제3보정부; 및 상기 참조 혈당농도와 상기 제3보정부가 보정한 광학신호를 PLS처리하여, 보정모델을 생성하기 위한 생성부를 포함하고, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, PCA방식, ICA방식, 및 NMF방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 환자의 혈관의 PPG신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도와, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호를 수신하여, 상기 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 본 발명의 보정 방법은, 상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행하는 단계; 상기 참조 혈당농도와, 상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행한 신호를 PLS처리하여, 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하기 위한 단계; 및 상기 보정모델과 보정을 수행한 상기 광학신호를 PLS처리하여, 혈당농도의 보정을 수행하는 단계를 포함한다.

한편, 환자의 혈관의 PPG신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도를 이용하여, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 본 발명의 보정 장치는, 상기 참조 혈당농도를 이용하여 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하기 위한 수립부; 상기 수립부가 수립한 보정모델과 상기 광학신호를 PLS처리하여, 혈당농도를 추정하기 위한 추정부; 및 상기 추정부가 추정한 혈당농도와 상기 PPG신호의 AC부분의 면적을 나누는 보정을 수행하기 위한 제1보정부를 포함하고, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, PCA방식, ICA방식, 및 NMF방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 수립부는, 상기 참조 혈당농도와 상기 PPG신호의 AC부분의 면적과 곱하여 상기 참조 혈당농도에 대한 보정을 수행하기 위한 제2보정부; 및 상기 제2보정부의 출력신호와 상기 광학신호를 PLS처리하여, 보정모델을 생성하기 위한 생성부를 포함하고, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, PCA방식, ICA방식, 및 NMF방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 환자의 혈관의 PPG신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도와, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호를 수신하여, 상기 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 본 발명의 보정 방법은, 상기 참조 혈당농도와 상기 PPG신호의 AC부분의 면적을 곱하는 보정을 수행한 신호와 상기 광학신호를 PLS처리하여, 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하는 단계; 상기 광학신호와 상기 보정모델을 PLS처리하여, 혈당농도를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 혈당농도를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누어 혈당농도의 보정을 수행하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명은, 무채혈 혈당측정 시스템에서, 혈관의 부피 변화를 고려하여 혈당농도를 보정함으로써, 정확한 혈당농도를 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무채혈 혈당 시스템의 일예시도,
도 2는 본 발명에 따른 혈당농도 보정 장치의 제1실시예 구조도,
도 3은 도 2의 보정모델 수립부의 일실시예 상세 구조도,
도 4는 본 발명에 따른 혈당농도 보정 방법을 설명하기 위한 제1실시예 흐름도,
도 5a는 도 2의 PPG신호 측정부가 출력하는 PPG신호의 일예시도,
도 5b는 본 발명의 보정 장치로 입력되는 광학신호의 스펙트럼의 일예시도,
도 5c는 도 2의 전처리부가 출력하는 신호의 스펙트럼의 일예시도,
도 5d는 도 2의 광학신호 보정부가 출력하는 신호의 스펙트럼의 일예시도,
도 5e는 도 3의 보정모델 생성부로 입력되는 참조 혈당농도의 스펙트럼의 일예시도,
도 5f는 도 3의 보정모델 생성부의 출력신호의 일예시도,
도 5g는 도 2의 혈당농도 보정부가 출력하는 보정이 수행된 혈당농도의 일예시도,
도 6은 본 발명에 따른 혈당농도 보정 장치의 제2실시예 구조도,
도 7은 도 6의 보정모델 수립부의 일실시예 상세 구조도,
도 8은 본 발명에 따른 혈당농도 보정 방법을 설명하기 위한 제2실시예 흐름도,
도 9a는 도 6의 PPG신호 측정부가 출력하는 PPG신호의 일예시도,
도 9b는 본 발명의 보정 장치로 입력되는 광학신호의 스펙트럼의 일예시도,
도 9c는 도 6의 전처리부가 출력하는 신호의 스펙트럼의 일예시도,
도 9d는 도 7의 참조 혈당농도 보정부로 입력되는 참조 혈당농도의 스펙트럼의 일예시도,
도 9e는 도 7의 참조 혈당농도 보정부의 출력신호의 일예시도,
도 9f는 도 7의 보정모델 생성부의 출력신호의 일예시도,
도 9g는 도 6의 혈당농도 추정부의 출력신호의 일예시도,
도 9h는 도 6의 혈당농도 보정부의 출력신호의 일예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무채혈 혈당 시스템의 일예시도로서, 라만 분광방식을 사용하는 시스템에서 최종적으로 출력되는 광학신호의 신호처리에 본 발명이 적용되는 것이다. 도 1에서는, 환자의 손가락에서의 혈당을 측정하는 것을 예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 위와 같은 측정에 한정되는 것은 아니며, 팔을 이용하여 측정하는 등, 신체의 다른 부위에 대하여 혈당을 측정하는 것을 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 발명이 라만 분광방식을 사용하여 광학신호를 얻는 것에 한정되는 것이 아니고, 다른 측정방식을 통해 광학신호를 획득할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 시스템은 빛을 방사하는 광원(102)으로써, 예를 들어 830nm 다이오드 레이저를 사용할 수 있다. 광원(102)으로부터 출력된 빔(beam)(106)은 대역통과 필터(bandpass filter)(104)를 거쳐, 포커싱 렌즈(focusing lens)(108)와 프리즘(110)에 의해 포물면 거울(paraboloidal mirror)(112)로 입사된다. 포물면 거울(112)에 의해 후방산란된(backscattered) 빛은 노치 필터(notch filter)(114)와 포커싱 렌즈(116)를 거쳐 집광된다.

이와 같이 집광된 혈당과 관련된 광학신호를 이용하여, 본 발명의 혈당농도 보정 장치(10)가 정확한 혈당치를 측정할 수 있게 된다. 다만, 위와 같은 시스템에서 광학신호를 집광하는데 사용하는 다른 장치들이 더 포함될 수 있으나, 이에 대한 설명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 것이므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

위와 같이 출력된 광학신호에 대하여, 본 발명의 혈당농도 보정 장치는, 혈관의 부피 변화를 고려하여 혈당농도를 보정한다. 이하, 도면을 참조로 본 발명의 혈당농도 보정 장치 및 방법을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 혈당농도 보정 장치의 제1실시예 구조도로서, 측정된 광학신호를 보정하는 방식을 설명한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 혈당농도 보정 장치(10)는, 광혈류량측정(PhotoPlethysmoGragh; 이하, 간단히 'PPG'라 함)신호 측정부(12), 전처리부(14), 광학신호 보정부(16), 혈당농도 보정부(18) 및 보정모델 수립부(20)를 포함하여 구성된다.

PPG신호 측정부(12)는 환자의 혈관의 PPG신호를 측정하는 기능을 담당한다. PPG신호 측정부(12)가 측정하는 PPG신호란, 말초혈관에서 혈류파형을 측정하는 생리신호를 말하는 것으로, 이를 통해 혈관의 맥동 및 부피변화를 유추할 수 있는 것이다. PPG신호는 보통 피부에 빛을 가하여 광흡수(light absorption)의 변화를 측정하는 펄스 산소농도계(pulse oximeter)를 사용하여 얻을 수 있다. 즉, 도 2의 PPG신호 측정부(12)는 펄스 산소농도계일 수 있다. 펄스 산소농도계의 상세한 작동에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다. 도 5a는 도 2의 PPG신호 측정부(12)가 출력하는 PPG신호의 일예시도이다.

전처리부(14)는 입력되는 광학신호를 전처리하는 기능을 담당한다. 전처리에 대해서는, 다항맞춤(polynomial fitting)을 이용하여 배경제거(background subtraction)를 수행하는 방식으로 실시할 수 있다. 다항맞춤이란, 원래의 신호와 가장 가까이 근사되는 다항식(polynomial)을 구하는 것을 말하며, 원래 신호에서 다항맞춤을 통해 구한 신호를 제거하는 것을 말한다. 즉, 원래의 광학신호를 'X'라 하고, 다항맞춤을 통해 얻어지는 다항식을 'polynomial'이라 하면, 전처리부(14)가 출력하는 신호는 'X-polynomial'과 같다. 다항맞춤의 원리 및 상세한 설명에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려져 있으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 5b는 본 발명의 보정 장치로 입력되는 광학신호의 스펙트럼의 일예시도이고, 도 5c는 도 2의 전처리부(14)가 출력하는 신호의 스펙트럼의 일예시도이다. 즉, 도 5b의 그래프는 전처리부(14)의 입력신호이고, 도 5c의 그래프는 전처리부(14)의 출력신호일 수 있다. 다만, 본 발명의 전처리부(14)가 수행하는 전처리로써, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 기술분야에서 널리 알려진 주성분 분석(Principal Component Analysis; 이하, 간단히 'PCA'라 함)방식, 독립성분 분석법(Independent Component Analysis; 이하, 간단히 'ICA'라 함)방식, 비음수행렬 인수분해법(Non-negative Matrix Factorization; 이하, 간단히 'NMF'라 함)방식 등을 사용할 수 있고, 전처리를 수행하지 않을 수도 있다.

도 2의 광학신호 보정부(16)는, 전처리부(14)에 의해 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호에 대하여, PPG신호 측정부(12)가 측정한 PPG신호에 따라 보정을 수행하는 기능을 담당한다. 도 5a를 참조하면, PPG신호는 신호 중 변화가 존재하는 AC부분과, 변화가 존재하지 않는 DC부분으로 나뉠 수 있다. 이때, AC부분의 면적(즉, 도 5a에서 빗금친 부분)은 혈관부피에 비례하는 것이므로, 광학신호 보정부(16)는, 입력되는 광학신호를 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누어 보정을 수행한다. 이와 같은 보정에 의하여, 광학신호에 존재하는 혈당과 관련된 신호가 실제의 혈당농도 수치와 비례하게 된다. 도 5d는 도 2의 광학신호 보정부(16)가 출력하는 신호의 스펙트럼의 일예시도이다.

도 2의 보정모델 수립부(20)는, 보정모델을 수립하는 당시의 실제 측정된 참조(reference) 혈당농도를 이용하여 혈당농도의 보정을 위한 모델을 수립하는 기능을 담당한다. 이를 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 도 2의 보정모델 수립부의 일실시예 상세 구조도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 도 2의 보정모델 수립부(20)는, PPG신호 측정부(22), 전처리부(24), 광학신호 보정부(26) 및 보정모델 생성부(28)를 포함하여 구성된다. 보정모델 수립부(20)의 PPG신호 측정부(22), 전처리부(24) 및 광학신호 보정부(26)는 도 2의 PPG신호 측정부(12), 전처리부(14) 및 광학신호 보정부(16)와는 별개의 구성일 수도 있고, 동일한 구성에서 별개의 시간에 측정한 것일 수도 있다. 이에 대해서는 위에서 설명한 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

보정모델 생성부(28)로 입력되는 신호는, 광학신호 보정부(26)의 출력신호와 실제 채혈에 의해 얻은 실제 측정치인 참조 혈당농도이다. 이와 같은 참조 혈당농도를 사용하는 이유는, 일단 광학신호가 측정된 때의 농도를 알아야, 그것을 토대로 농도와 신호의 관계를 추정할 수 있기 때문이다. 본 발명의 보정모델 생성부(28)는, 널리 알려진 PLS처리를 수행하는 것으로 하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다. 도 5e는 도 3의 보정모델 생성부(28)로 입력되는 참조 혈당농도의 스펙트럼의 일예시도이고, 도 5f는 도 3의 보정모델 생성부(28)의 출력신호의 일예시도이다.

다시, 도 2의 혈당농도 보정부(18)는, 광학신호 보정부(16) 및 보정모델 수립부(20)로부터 각각 신호를 수신하여, 혈당농도를 보정하는 기능을 담당한다. 도 5g는 도 2의 혈당농도 보정부(18)가 출력하는 보정이 수행된 혈당농도의 일예시도이다. 본 발명의 혈당농도 보정부(18)는 입력되는 신호에 대하여, PLS처리를 수행할 수 있다.

이하에서는, 도 4를 참조로, 본 발명의 혈당농도 보정 방법을 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명에 따른 혈당농도 보정 방법을 설명하기 위한 제1실시예 흐름도이다. 각 단계에서의 출력 신호의 예는 도 5a 내지 도 5g에 나타나 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법은, 무채혈 혈당 시스템에서 측정한 광학신호를 수신하고(S41), 광학신호가 측정된 때의 농도인 참조 혈당농도를 수신한다(S43). S41 및 S43은 시계열적인 순서를 설명하는 것은 아니고, 동시에, 순차적으로(순서에 무관함), 또는 서로 개별적으로 실행될 수 있다. 참조 혈당농도는, 위에서 설명한 바와 같이, 채혈에 의해 직접 측정한 혈당의 농도이다. 이후, PPG신호 측정부(12)가 환자의 혈관의 PPG신호를 측정한다(S45). 위에서 설명한 바와 같이, PPG신호 측정부(12)는 펄스 산소농도계일 수 있으며, 펄스 산소농도계의 동작에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 방법은, 수신된 광학신호에 대하여 다항맞춤을 이용하여 배경제거를 수행하는 방식, PCA 방식, ICA 방식 및 NMF 방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행한다(S47). 위의 방식에 대한 설명은 위에서 언급한 바와 같다. 다만, S47는, 편의상 S45 이후에 설명하였으나, S45 이전에 수행될 수도 있음은 물론이고, S47을 수행하지 않을 수도 있음은 위에서 설명한 바와 같다.

본 발명의 방법은, S47에 의해 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호에 대하여, PPG신호에 따라 보정을 수행한다(S49). 상세하게는, 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호를 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행한다. 이후, 참조 혈당농도를 이용하여 생성된 보정모델로 S49에 의해 보정된 광학신호에서 혈당농도를 보정한다(S51).

S51의 보정모델을 이용한 혈당농도 보정에서, 보정모델의 생성은, 도면에 도시되지는 않았지만, 수신된 광학신호를 S47과 같은 과정에 의해 전처리하고(다만, 전처리는 수행하지 않을 수도 있음), PPG신호를 측정하여 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호를 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행하고, 보정된 광학신호와, 참조 혈당농도에 대하여 PLS처리하여, 보정모델을 생성하는 것이다. 또한, S51의 보정은, 보정모델과 PPG신호에 의해 보정을 수행한 광학신호를 입력으로 하여, PLS처리를 수행하는 것이다. 이에 의해, 정확하게 보정된 혈당농도를 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 혈당농도 보정 장치의 제2실시예 구조도로서, 혈당농도를 보정하는 방식을 설명한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 혈당 농도 보정 장치(10)는, PPG신호 측정부(62), 전처리부(64), 혈당농도 추정부(66), 혈당농도 보정부(68) 및 보정모델 수립부(70)를 포함하여 구성된다.

PPG신호 측정부(62)는 환자의 혈관의 PPG신호를 측정하는 기능을 담당한다. PPG신호란, 말초혈관에서 혈류파형을 측정하는 생리신호를 말하는 것으로, 이를 통해 혈관의 맥동 및 부피변화를 유추할 수 있는 것이다. PPG신호는 보통 피부에 빛을 가하여 광흡수의 변화를 측정하는 펄스 산소농도계를 사용하여 얻을 수 있으며, 도 6의 PPG신호 측정부(62)는 펄스 산소농도계일 수 있다. 펄스 산소농도계의 상세한 작동에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다. 도 9a는 도 6의 PPG신호 측정부(62)가 출력하는 PPG신호의 일예시도이다.

전처리부(64)는 입력되는 광학신호를 전처리하는 기능을 담당한다. 전처리에 대해서는, 다항맞춤을 이용하여 배경제거를 수행하는 방식으로 실시할 수 있다. 다항맞춤이란, 원래의 신호와 가장 가까이 근사되는 다항식을 구하는 것을 말하며, 원래 신호에서 다항맞춤을 통해 구한 신호를 제거하는 것을 말한다. 다항맞춤의 원리 및 상세한 설명에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려져 있으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 9b는 본 발명의 보정 장치로 입력되는 광학신호의 스펙트럼의 일예시도이고, 도 9c는 도 6의 전처리부(64)가 출력하는 신호의 스펙트럼의 일예시도이다. 즉, 도 9b는 전처리부(64)의 입력신호이고, 도 9c는 전처리부(64)의 출력신호일 수 있다. 다만, 본 발명의 전처리부(64)가 수행하는 전처리로써, 다항맞춤을 이용한 배경제거기법을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 기술분야에서 널리 알려진 PCA 방식, ICA 방식, NMF 방식 등을 사용할 수 있고, 전처리를 수행하지 않을 수도 있다.

도 6의 보정모델 수립부(70)는, 보정모델을 수립하는 당시의 실제 측정된 참조 혈당농도를 이용하여 혈당농도의 보정을 위한 모델을 수립하는 기능을 담당한다. 이를 도 7을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 7은 도 6의 보정모델 수립부의 일실시예 상세 구조도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 보정모델 수립부(70)는, PPG신호 측정부(72), 전처리부(74), 참조 혈당농도 보정부(76) 및 보정모델 생성부(78)를 포함하여 구성된다. 보정모델 수립부(70)의 PPG신호 측정부(72) 및 전처리부(74)는 도 6의 PPG신호 측정부(62) 및 전처리부(64)와는 별개의 구성일 수도 있고, 동일한 구성에서 별개의 시간에 측정한 것일 수도 있다. 이에 대해서는 위에서 설명한 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

참조 혈당농도 보정부(76)로 입력되는 신호는, PPG신호와 보정모델을 수립하는 당시의 실제 채혈에 의해 얻은 실제 측정치인 참조 혈당농도이다. 이와 같은 참조 혈당농도를 사용하는 이유는, 일단 광학신호가 측정된 때의 농도를 알아야, 그것을 토대로 농도와 신호의 관계를 추정할 수 있기 때문이다. 참조 혈당농도 보정부(76)는, PPG신호 중 변화가 있는 부분(AC부분) 아래의 면적을 혈관의 부피와 비례하는 것으로 보고, 참조 혈당농도를 PPG신호의 AC부분의 면적과 곱하여 보정을 수행한다. 도 9d는 도 7의 참조 혈당농도 보정부(76)로 입력되는 참조 혈당농도의 스펙트럼의 일예시도이고, 도 9e는 도 7의 참조 혈당농도 보정부(76)의 출력신호의 일예시도이다.

보정모델 생성부(78)는 참조 혈당농도 보정부(76)의 출력신호와, 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호에 대하여, PLS처리를 수행하여, 보정모델을 생성하는 기능을 담당한다. PLS처리에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 바와 같으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 9f는 도 7의 보정모델 생성부(78)의 출력신호의 일예시도이다.

다시, 도 6의 혈당농도 추정부(66)는, 보정모델 수립부(70)로부터 수신한 보정모델과, 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호를 입력으로 하여, 혈당농도를 추정하는 기능을 담당하며, 이때, PLS처리를 수행한다. 도 9g는 도 6의 혈당농도 추정부(66)의 출력신호의 일예시도이다. 이와 같이 추정된 혈당농도에 대하여, 혈당농도 보정부(68)는, PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누어 혈당농도를 보정하여, 정확한 혈당농도를 출력하는 기능을 담당한다. 도 9h는 도 6의 혈당농도 보정부(68)의 출력신호의 일예시도이다.

이하에서는, 도 8을 참조로, 본 발명의 혈당농도 보정 방법을 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명에 따른 혈당농도 보정 방법을 설명하기 위한 제2실시예 흐름도이다. 각 단계에서의 출력 신호의 예는 도 9a 내지 도 9h에 나타나 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법은, 도 1과 같은 무채혈 혈당 시스템에서 측정한 광학신호를 수신하고(S81), 광학신호가 측정된 때의 농도인 참조 혈당농도를 수신한다(S83). S81 및 S83은 시계열적인 순서를 설명하는 것은 아니고, 동시에, 순차적으로(순서에 무관함), 또는 서로 개별적으로 실행될 수 있다. 참조 혈당농도는, 위에서 설명한 바와 같이, 채혈에 의해 직접 측정한 혈당의 농도이다. 이후, PPG신호 측정부(62)가 환자의 혈관의 PPG신호를 측정한다(S85). 위에서 설명한 바와 같이, PPG신호 측정부(62)는 펄스 산소농도계일 수 있으며, 펄스 산소농도계의 동작에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 발명의 방법은, 수신된 광학신호에 대하여 다항맞춤을 이용하여 배경제거를 수행하는 방식, PCA 방식, ICA 방식 및 NMF 방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행한다(S87). 위의 방식에 대한 설명은 위에서 언급한 바와 같다. 다만, S87는, 편의상 S85 이후에 설명하였으나, S85 이전에 수행될 수도 있음은 물론이고, S87의 전처리를 수행하지 않을 수도 있음은 위에서 설명한 바와 같다.

이후, 본 발명의 방법은, 참조 혈당농도를 이용하여 생성한 보정모델을 이용하여 혈당농도를 추정한다(S89). S89의 보정모델을 이용한 혈당농도의 추정에서, 보정모델의 생성에 대해서는, 도면에 도시되지는 않았지만, PPG신호를 측정하고, 수신된 광학신호를 S87과 같은 과정에 의해 전처리를 수행하고, 참조 혈당농도를 PPG신호의 AC부분의 면적과 곱하여 보정을 수행한다. 이와 같이 생성된 보정된 혈당농도와, 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호에 대하여 PLS처리를 수행하여, 보정모델을 생성하는 것이다. 또한, S89의 혈당농도 추정은, 보정모델과, 전처리를 수행한 또는 전처리를 수행하지 않은 광학신호에 대하여 PLS처리를 수행하는 것을 말한다.

이후, 추정된 혈당농도를, PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누어 혈당농도를 보정하여, 정확한 혈당농도를 출력한다.

이와 같은 본원발명의 혈당농도 보정 장치 및 방법에 의해, 무채혈 혈당측정에서, 혈관의 부피 변화를 고려하여 혈당농도를 보정함으로써, 정확한 혈당농도를 얻을 수 있다.

12, 22, 62, 72: PPG신호 측정부 14, 24, 64, 74:전처리부
16, 26: 광학신호 보정부 18: 혈당농도 보정부
20, 70: 보정모델 수립부 28,78: 보정모델 생성부
66: 혈당농도 추정부 68: 혈당농도 보정부
76: 참조 혈당농도 보정부

Claims

환자의 혈관의 광혈류량측정(PPG)신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도를 이용하여, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 보정 장치에 있어서,
상기 광학신호를 상기 PPG신호의 변화가 존재하는 부분(AC부분)의 면적으로 나누는 보정을 수행하기 위한 제1보정부;
상기 참조 혈당농도를 이용하여 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하기 위한 수립부; 및
상기 수립부가 수립한 보정모델과 상기 제1보정부가 보정한 광학신호를 부분최소제곱(PLS)처리하여 혈당농도의 보정을 수행하기 위한 제2보정부를 포함하는 보정 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, 주성분 분석(PCA)방식, 독립성분 분석(ICA)방식, 및 비음수행렬 인수분해(NMF)방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 보정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수립부는,
상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행하기 위한 제3보정부; 및
상기 참조 혈당농도와 상기 제3보정부가 보정한 광학신호를 PLS처리하여, 보정모델을 생성하기 위한 생성부를 포함하는 보정 장치.
제3항에 있어서, 상기 수립부는, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, PCA방식, ICA방식, 및 NMF방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 보정 장치.
환자의 혈관의 PPG신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도와, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호를 수신하여, 상기 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 보정 방법에 있어서,
상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행하는 단계;
상기 참조 혈당농도와, 상기 광학신호를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누는 보정을 수행한 신호를 PLS처리하여, 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하기 위한 단계; 및
상기 보정모델과 보정을 수행한 상기 광학신호를 PLS처리하여, 혈당농도의 보정을 수행하는 단계를 포함하는 보정 방법.
환자의 혈관의 PPG신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도를 이용하여, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 보정 장치에 있어서,
상기 참조 혈당농도를 이용하여 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하기 위한 수립부;
상기 수립부가 수립한 보정모델과 상기 광학신호를 PLS처리하여, 혈당농도를 추정하기 위한 추정부; 및
상기 추정부가 추정한 혈당농도와 상기 PPG신호의 AC부분의 면적을 나누는 보정을 수행하기 위한 제1보정부를 포함하는 보정 장치.
제6항에 있어서, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, PCA방식, ICA방식, 및 NMF방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 보정 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 수립부는,
상기 참조 혈당농도와 상기 PPG신호의 AC부분의 면적과 곱하여 상기 참조 혈당농도에 대한 보정을 수행하기 위한 제2보정부; 및
상기 제2보정부의 출력신호와 상기 광학신호를 PLS처리하여, 보정모델을 생성하기 위한 생성부를 포함하는 보정 장치.
제8항에 있어서, 상기 수립부는, 상기 광학신호에 대하여, 다항맞춤을 이용한 배경제거방식, PCA방식, ICA방식, 및 NMF방식 중 어느 하나를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리부를 더 포함하는 보정 장치.
환자의 혈관의 PPG신호와, 해당 환자의 실제 측정된 참조 혈당농도와, 해당 환자의 소정의 신체부위에 빛을 조사하여 얻은 광학신호를 수신하여, 상기 광학신호의 혈당농도를 보정하기 위한, 보정 방법에 있어서,
상기 참조 혈당농도와 상기 PPG신호의 AC부분의 면적을 곱하는 보정을 수행한 신호와 상기 광학신호를 PLS처리하여, 혈당농도에 대한 보정모델을 수립하는 단계;
상기 광학신호와 상기 보정모델을 PLS처리하여, 혈당농도를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 혈당농도를 상기 PPG신호의 AC부분의 면적으로 나누어 혈당농도의 보정을 수행하는 단계를 포함하는 보정 방법.