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KR102290280B1 - 비침습 생체 측정 장치 및 방법과 대사증후군 진단 장치 및 방법 - Google Patents

비침습 생체 측정 장치 및 방법과 대사증후군 진단 장치 및 방법 Download PDF

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KR102290280B1
KR102290280B1 KR1020140110959A KR20140110959A KR102290280B1 KR 102290280 B1 KR102290280 B1 KR 102290280B1 KR 1020140110959 A KR1020140110959 A KR 1020140110959A KR 20140110959 A KR20140110959 A KR 20140110959A KR 102290280 B1 KR102290280 B1 KR 102290280B1
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collagen
metabolic syndrome
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김상규
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Abstract

비침습 생체 측정 장치 및 방법과 대사증후군 진단 장치 및 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 비침습 생체 측정 장치는 피검체의 제1 부위(ex, 피부)에서 섬유상 단백질(fibrous protein)에 대한 정보를 획득하고, 상기 섬유상 단백질에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 제2 부위(ex, 혈액)에 존재하는 피분석물(analyte)에 관련된 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 섬유상 단백질은 콜라겐(collagen)을 포함할 수 있다. 상기 피분석물은 대사증후군과 관련된 물질, 예컨대, 아디포넥틴(adiponectin)을 포함할 수 있다. 상기 비침습 생체 측정 장치는 대사증후군 진단 장치일 수 있다.

Description

비침습 생체 측정 장치 및 방법과 대사증후군 진단 장치 및 방법{Non-invasive measuring device and method for bio-analyte and diagnosing device and method for diagnosing metabolic syndrome}
비침습 생체 측정 장치, 비침습 생체 측정 방법, 대사증후군 진단 장치 및 대사증후군 진단 방법에 관한 것이다.
의학 발달 및 평균 수명의 연장과 함께 건강 관리에 대한 관심이 증가하고 있다. 이와 관련해서, 의료기기에 대한 관심도 높아지고 있다. 이는 병원이나 검사 기관에서 사용되는 다양한 의료기기뿐 아니라, 공공기관 등에 비치되는 중소형 의료기기나, 개인이 소장 또는 휴대할 수 있는 소형 의료기기 및 헬스케어(health care) 장치까지 그 범위가 확대되고 있다.
의료기기나 의학적 검사에서는 침습적 측정 방법이 많이 사용된다. 피검체에 대한 침습적 측정 방법은, 예컨대, 피검체의 혈액을 채취하고 채취된 혈액에 대한 측정 및 분석을 수행하는 방식으로 이루어질 수 있다. 그런데 이러한 침습적 측정 방법에서는 혈액 채취시 피검체의 고통이 수반되고, 혈액 분석시 혈액의 특정 물질과 반응하는 시약을 사용해야 하고 비색분석법(colorimetric assay) 및 광학장비를 사용해야 하는 등 불편이 따른다.
비침습 생체 측정 장치 및 비침습 생체 측정 방법을 제공한다.
대사증후군 진단 장치 및 대사증후군 진단 방법을 제공한다.
혈액을 채취하지 않고도 혈액내 목표분석물(target analyte)에 대한 측정을 수행할 수 있는 측정 장치(진단 장치) 및 측정 방법(진단 방법)을 제공한다.
피검체의 제1 부위에 존재하는 제1 물질에 대한 검출/분석을 수행하고, 피검체의 제2 부위에 존재하는 제2 물질에 관련된 정보를 출력하는 비침습 생체 측정 장치(대사증후군 진단 장치) 및 비침습 생체 측정 방법(대사증후군 진단 방법)을 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 피검체의 피부에서 섬유상 단백질(fibrous protein)에 대한 정보를 획득하고, 상기 섬유상 단백질에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 혈액에 존재하는 피분석물(analyte)에 대한 정보를 도출하는 비침습 생체 측정 장치가 제공된다.
상기 섬유상 단백질은 콜라겐(collagen)을 포함할 수 있다.
상기 콜라겐은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)일 수 있다.
상기 피분석물(analyte)은 대사증후군(metabolic syndrome)과 관련된 물질일 수 있다.
상기 피분석물(analyte)은 아디포넥틴(adiponectin)을 포함할 수 있다.
상기 비침습 생체 측정 장치는 상기 피검체의 피부에서 상기 섬유상 단백질에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득하는 데이터획득부; 및 상기 섬유상 단백질에 대한 정보에 기초해서 상기 피분석물(analyte)에 대한 정보를 도출하는 데이터처리부를 구비하는 프로세서 유닛(processor unit);을 포함할 수 있다.
상기 데이터획득부는 라만 분광계(Raman spectrometer)를 포함할 수 있다.
상기 데이터처리부는 상기 섬유상 단백질과 상기 피분석물(analyte) 사이의 상관관계에 기초한 알고리즘을 이용해서 데이터를 처리하도록 구성될 수 있다.
상기 비침습 생체 측정 장치는 라만 분광계(Raman spectrometer)를 포함할 수 있고, 상기 라만 분광계를 이용해서 상기 피검체의 피부로부터 상기 섬유상 단백질에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득할 수 있다.
상기 비침습 생체 측정 장치는 상기 섬유상 단백질에 대한 정보를 획득하기 위하여, 상기 피검체의 피부에 대한 라만 스펙트럼 데이터(Raman spectrum data)를 획득하도록 구성될 수 있고, 상기 라만 스펙트럼 데이터에서 853∼857 cm-1, 934∼938 cm-1, 1447∼1452 cm-1 및 1656∼1660 cm-1의 파수 범위(wavenumber range) 중 적어도 하나의 파수(wavenumber)에 대응하는 인텐시티(intensity) 값을 읽도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 대사증후군(metabolic syndrome) 진단 장치에 있어서, 피검체의 피부에서 조직(tissue)과 관련된 제1 물질에 대한 정보를 획득하고, 상기 제1 물질에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 혈액내 대사증후군과 관련된 제2 물질에 대한 정보를 도출하는 대사증후군 진단 장치가 제공된다.
상기 제1 물질은 콜라겐(collagen)을 포함할 수 있다.
상기 제1 물질은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)을 포함할 수 있다.
상기 제2 물질은 아디포넥틴(adiponectin)을 포함할 수 있다.
상기 대사증후군 진단 장치는 라만 분광계(Raman spectrometer)를 포함할 수 있고, 상기 라만 분광계를 이용해서 상기 피검체의 피부로부터 상기 제1 물질에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 대사증후군(metabolic syndrome) 진단 방법에 있어서, 피검체의 피부로부터 섬유상 단백질(fibrous protein)에 대한 정보를 획득하는 단계; 및 상기 섬유상 단백질에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 혈액내 대사증후군 관련 물질에 대한 정보를 도출하는 단계;를 포함하는 대사증후군 진단 방법이 제공된다.
상기 섬유상 단백질은 콜라겐(collagen)을 포함할 수 있다.
상기 콜라겐은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)일 수 있다.
상기 대사증후군 관련 물질은 아디포넥틴(adiponectin)을 포함할 수 있다.
상기 섬유상 단백질에 대한 정보를 획득하는 단계는 상기 피검체의 피부에 대한 라만 분광 분석(Raman spectroscopic analysis)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대사증후군 진단 방법은 상기 섬유상 단백질과 상기 대사증후군 관련 물질 사이의 상관관계를 구하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 대사증후군 관련 물질에 대한 정보를 도출하는 단계는 상기 상관관계에 기초한 알고리즘을 이용해서 수행할 수 있다.
상기 대사증후군 진단 방법은 비침습(non-invasive) 방식으로 수행할 수 있다.
비침습 생체 측정 장치 및 비침습 생체 측정 방법을 구현할 수 있다. 대사증후군 진단 장치 및 대사증후군 진단 방법을 구현할 수 있다.
혈액을 채취하지 않고도 혈액내 목표분석물(target analyte)에 대한 측정을 수행할 수 있는 측정 장치(진단 장치) 및 측정 방법(진단 방법)을 구현할 수 있다. 피검체의 제1 부위에 존재하는 제1 물질에 대한 검출/분석을 수행하고, 피검체의 제2 부위에 존재하는 제2 물질에 관련된 정보를 출력하는 비침습 생체 측정 장치(대사증후군 진단 장치) 및 비침습 생체 측정 방법(대사증후군 진단 방법)을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 비침습 생체 측정 장치를 이용해서 측정되는 피검체의 측정 영역을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치에 사용될 수 있는 프로세서 유닛(processor unit)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치에 사용될 수 있는 프로세서 유닛 및 출력부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 9는 혈중 아디포넥틴(adiponectin)의 농도와 대사증후군(metabolic syndrome) 관련 인자들 사이의 연관성을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 비침습 생체 측정 장치에 의해 검출되는 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치와 비침습 생체 측정 장치에 의해 도출/연산되는 혈중 아디포넥틴(adiponectin) 농도 사이의 상관관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 11은 복수의 샘플 중에서 한 샘플의 피부 조직에서 얻어진 라만 스펙트럼 데이터(Raman spectrum data)이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 피검체의 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치와 혈중 아디포넥틴(adiponectin) 농도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치를 보여주는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치를 보여주는 개략도이다.
도 16은 도 1의 비침습 생체 측정 장치와 피검체의 위치 관계를 변경한 예를 보여주는 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 비침습 생체 측정 장치 및 방법과 대사증후군 진단 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치(non-invasive measuring device for bio-analyte)(100)를 설명하기 위한 개념도이다. 이하에서는, 비침습 생체 측정 장치(100)를 '비침습 측정 장치'라 한다. 여기서, 생체(bio-analyte)는 사람 등 생물/동물의 신체를 구성하는 물질 또는 그 물질의 성분을 포함할 수 있다. 생체(bio-analyte)는 비침습 측정 장치(100)의 측정 대상이 되는 피검체(S1)의 구성 물질 또는 그 성분을 의미할 수 있다. 예를 들어, 생체(bio-analyte)는 피검체(S1)의 조직(tissue)이나 혈액(blood)에 포함된 물질 또는 그 성분일 수 있다. 이하에서 설명할 제1 물질(A) 및 제2 물질(B) 등이 생체(bio-analyte)에 포함될 수 있다. 또한, 피검체(S1) 자체를 생체(bio-analyte)로 여길 수도 있다. 생체(bio-analyte)라는 용어는 의료나 진단/측정 분야 등에서 사용되는 일반적인 '피분석물(목표 분석물)(analyte)'을 포괄할 수 있다.
도 1을 참조하면, 비침습 측정 장치(100)는 피검체(subject or subject's body)(S1)에 대한 비침습적 측정을 수행하는 장치일 수 있다. 비침습 측정 장치(100)는 피검체(S1)의 제1 부위에서 제1 물질(A)에 대한 정보를 획득하고, 상기 제1 물질(A)에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체(S1)의 제2 부위에 존재하는 제2 물질(B)에 관련된 정보를 출력하는 장치일 수 있다. 다시 말해, 비침습 측정 장치(100)는 피검체(S1)의 제1 부위에 대한 검출 및 측정을 수행하여 제1 물질(A)에 대한 정보를 얻고, 이러한 정보에 기초해서, 제2 부위의 제2 물질(B)에 관련된 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
피검체(S1)의 상기 제1 및 제2 부위는 서로 다른 부위일 수 있다. 예컨대, 상기 제1 부위는 피검체(S1)의 피부(SK1)(즉, tissue)일 수 있고, 상기 제2 부위는 피검체(S1)의 혈관(blood vessel)(BV1)에 존재하는 혈액(blood)(BD1)일 수 있다. 상기 제1 부위는 피검체(S1)의 표면(검출이 이루어지는 면)(SS1) 내지 표면(SS1)으로부터 제1 깊이에 존재할 수 있고, 상기 제2 부위는 표면(SS1)으로부터 상기 제1 깊이보다 깊은 제2 깊이에 존재할 수 있다. 따라서, 상기 제2 부위는 상기 제1 부위보다 비침습 측정 장치(100)에 대하여 멀리 배치될 수 있다. 참조번호 R1은 비침습 측정 장치(100)에 의해 측정이 이루어지는 영역, 즉, '측정 영역'을 나타낸다. 측정 영역(R1)은 상기 제1 부위에 대응되거나, 상기 제1 부위의 일부일 수 있다. 여기서는, 상기 제1 부위가 피부(SK1)이고, 상기 제2 부위가 혈액(BD1)인 경우에 대해 주로 설명하였지만, 경우에 따라, 상기 제1 부위는 피부(SK1)가 아닌 다른 부위(예컨대, organ)의 조직(tissue)일 수 있고, 상기 제2 부위는 혈액(BD1)이 아닐 수도 있다.
상기 제1 부위, 예컨대, 피부(SK1)에 존재하는 제1 물질(A)과 상기 제2 부위, 예컨대, 혈액(BD1)에 존재하는 제2 물질(B)은 서로 다른 물질일 수 있다. 상기 제1 물질(A)은 섬유상 단백질(fibrous protein)일 수 있다. 상기 섬유상 단백질은 경단백질(scleroprotein)일 수 있다. 예컨대, 제1 물질(A)은 콜라겐(collagen)일 수 있다. 상기 콜라겐(collagen)은 '타입 I 콜라겐(Type I collagen)'일 수 있다. 타입 I 콜라겐(Type I collagen)에 대해서는 추후에 도 8을 참조하여 상세히 설명한다. 한편, 상기 제2 물질(B)은 대사증후군(metabolic syndrome)과 관련된 물질일 수 있다. 예컨대, 제2 물질(B)은 '아디포넥틴(adiponectin)'일 수 있다. 아디포넥틴(adiponectin) 및 아디포넥틴(adiponectin)과 대사증후군의 관계에 대해서는 추후에 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
피부(SK1)에 존재하는 제1 물질(A)에 대한 정보와 혈액(BD1)에 존재하는 제2 물질(B)에 대한 정보는 상관관계를 가질 수 있다. 비침습 측정 장치(100)는 상기 상관관계에 기초한 알고리즘에 따라 상기 제1 물질(A)에 대한 정보로부터 상기 제2 물질(B)에 대한 정보를 연산하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 피검체(S1)의 피부(SK1)로부터 제1 물질(A)에 대한 정보를 획득하고, 이러한 정보 및 상기 상관관계에 기초해서, 혈액(BD1)에 존재하는 제2 물질(B)에 대한 정보를 도출할 수 있다. 따라서, 혈액(BD1)을 채취하거나 혈액(BD1)에 대한 직접적인 검출을 하지 않고도, 혈액(BD1) 내 제2 물질(B)에 대한 정보를 얻을 수 있다. 상기 상관관계 및 이를 이용한 정보 연산(데이터 처리) 등에 대해서는 추후에 보다 상세히 설명한다.
앞서 언급한 바와 같이, 제2 물질(B)은 대사증후군(metabolic syndrome)과 관련된 물질일 수 있으므로, 비침습 측정 장치(100)는 대사증후군 진단에 사용될 수 있다. 따라서, 비침습 측정 장치(100)는 '대사증후군 진단 장치'라고 할 수 있다. 그러나, 제2 물질(B)의 종류가 달라지면, 비침습 측정 장치(100)의 사용 목적도 달라질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 앞서 설명한 비침습 측정 장치(도 1의 100)에 의해 측정되는 피검체(S1')의 측정 영역(측정 부위)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 피검체(S1')의 피부는 표피(epidermis)(SL1) 및 진피(dermis)(SL2)를 포함할 수 있다. 표피(SL1)는 피부 외곽부에 존재하고, 진피(SL2)는 표피(SL1) 아래에 존재한다. 진피(SL2) 아래에 피하조직(피하지방)(subcutis)(SL3)이 존재할 수 있다. 피하조직(SL3)에 혈관(미도시)이 있을 수 있고, 진피(SL2) 내에도 혈관(미도시)이나 모세혈관(미도시)이 있을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 비침습 측정 장치(도 1의 100)를 이용해서 피검체(S1')를 측정할 때, 피검체(S1')에 대한 측정(직접적 측정)은 주로 진피(SL2) 영역에서 이루어지거나, 표피(SL1)와 진피(SL2)를 포함하는 영역에서 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 제1 내지 제3 측정 영역(R1-1, R1-2, R1-3)은 서로 다른 깊이의 측정 부위를 나타낸 것이다. 제1 내지 제3 측정 영역(R1-1, R1-2, R1-3)은 도 1의 측정 영역(R1)에 대응될 수 있다. 다시 말해, 제1 내지 제3 측정 영역(R1-1, R1-2, R1-3)은 비침습 측정 장치(도 1의 100)에 의해 직접적인 측정/검출이 행해지는 영역일 수 있다. 제1 측정 영역(R1-1)과 같이 표피(SL1)의 일부와 진피(SL2)의 일부를 포함하는 영역이 측정되거나, 제2 및 제3 측정 영역(R1-2, R1-3)과 같이 진피(SL2) 영역이 측정될 수 있다. 도 1에서 설명한 제1 물질(A)이 섬유상 단백질, 예컨대, 콜라겐인 경우, 콜라겐은 주로 진피(SL2) 영역에 존재할 수 있으므로, 비침습 측정 장치(도 1의 100)에 의한 측정은 주로 진피(SL2) 영역에서 이루어지거나, 표피(SL1)와 진피(SL2)를 모두 포함하는 영역에서 이루어질 수 있다.
비침습 측정 장치(도 1의 100)에서 사용하는 측정 방식 및/또는 측정 수단에 따라, 측정 영역(도 1의 R1)의 깊이/범위가 달라질 수 있다. 비침습 측정 장치(도 1의 100)가 라만 분광계(Raman spectrometer)를 사용하여 측정을 수행할 경우, 라만 분광계는 레이저 소스(laser source)를 사용하므로, 레이저 소스에서 발생되는 레이저의 파장에 따라 측정 영역(도 1의 R1)의 깊이/범위가 결정될 수 있다. 라만 분광계를 사용할 경우, 표피(SL1) 영역은 물론 진피(SL2) 영역 전반에 대한 측정이 가능할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치(100A)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 비침습 생체 측정 장치(이하, 비침습 측정 장치)(100A)는 피검체(S10)의 제1 영역(R10)에서 제1 물질(A)에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득하는 측정부(MU10)를 포함할 수 있다. 측정부(MU10)는 '데이터획득부'라고 할 수 있다. 또한, 비침습 측정 장치(100A)는 프로세서 유닛(processor unit)(PU10)을 포함할 수 있다. 프로세서 유닛(PU10)은 상기 제1 물질(A)에 대한 정보에 기초해서 피검체(S10)의 제2 영역(R20)에 존재하는 제2 물질(B)에 대한 정보를 연산/도출하는 '데이터처리부'를 포함할 수 있다. 프로세서 유닛(PU10)은 상기 데이터처리부를 이용해서 제1 물질(A)에 대한 정보로부터 제2 물질(B)에 대한 정보를 연산/도출할 수 있다. 이때, 제1 물질(A)과 제2 물질(B) 사이의 상관관계에 기초한 알고리즘이 사용될 수 있다. 제1 영역(R10)은 도 1의 측정 영역(R1) 및 도 2의 측정 영역(R1-1, R1-2, R1-3)에 대응될 수 있고, 제2 영역(R20)은 도 1에서 설명한 '제2 부위'에 대응될 수 있다. 제1 영역(R10)은 피부 또는 조직일 수 있고, 제2 영역(R20)은 혈관 내 혈액일 수 있다.
측정부(MU10)는 광을 이용해서 제1 영역(R10)에 대한 측정을 수행하는 장치일 수 있다. 이 경우, 측정부(MU10)는 제1 영역(R10)에 광(L10)을 조사하는 광원(LS10) 및 광원(LS10)으로부터 조사되어 제1 영역(R10)에서 산란 또는 반사된 광(L10')을 검출하는 검출기(D10)를 포함할 수 있다. 측정부(MU10)는 제1 영역(R10)에서 산란 또는 반사된 광(L10')을 분광하는 분광기(SP10)를 더 포함할 수 있다. 분광기(SP10)에 의해 분광된 광이 검출기(D10)에 의해 검출될 수 있다. 측정부(MU10)를 이용해서 제1 영역(R10)에 대한 로우 데이터(raw data)를 획득할 수 있다. 상기 로우 데이터(raw data)는 제1 물질(A)에 대한 정보를 포함할 수 있다.
측정부(MU10)에서 획득된 로우 데이터(raw data)는 프로세서 유닛(PU10)으로 전달될 수 있다. 프로세서 유닛(PU10)은 상기 로우 데이터(raw data)로부터 제1 물질(A)에 대한 정보를 추출하고, 추출된 제1 물질(A)에 대한 정보에 기초해서 제2 영역(R20)에 존재하는 제2 물질(B)에 대한 정보를 연산/도출할 수 있다. 이러한 정보(데이터)의 추출 및 연산 등은 앞서 설명한 '데이터처리부'에 의해 수행될 수 있다. 또한, 프로세서 유닛(PU10)은 상기한 데이터 추출/연산뿐 아니라, 측정부(MU10)를 비롯하여 비침습 측정 장치(100A) 전반의 동작을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 관련해서, 프로세서 유닛(PU10)은 '제어부'를 더 포함할 수 있고, 광원(LS10) 및 검출기(D10) 등에 연결될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 비침습 측정 장치(100A)는 프로세서 유닛(PU10)에 연결된 '출력부'를 더 포함할 수 있다. 상기 출력부는, 예컨대, 디스플레이(display) 장치 등을 포함할 수 있다. 프로세서 유닛(PU10)에서 도출된 제2 물질(B)에 관련된 정보가 상기 출력부를 통해 출력될 수 있다. 상기 제2 물질(B)이 대사증후군과 관련된 물질인 경우, 출력부를 통해 대사증후군과 관련된 내용이 출력될 수 있다. 상기 출력부에 대해서는 추후에 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 3의 측정부(MU10)(데이터획득부)와 프로세서 유닛(PU10)(데이터처리부) 사이에 '신호변환부(singal converter)'가 더 구비될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 비침습 생체 측정 장치(이하, 비침습 측정 장치)(100B)는 측정부(MU10)(데이터획득부)와 프로세서 유닛(PU10)(데이터처리부) 사이에 구비된 신호변환부(SC10)를 더 포함할 수 있다. 신호변환부(SC10)는, 예컨대, AFE(analog front-end) 회로를 포함할 수 있다. 신호변환부(SC10)는 측정부(MU10)(데이터획득부)로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서 유닛(PU10)(데이터처리부)으로 전송할 수 있다. 한편, 프로세서 유닛(PU10)은 소정의 제어 신호를 신호변환부(SC10)로 전송할 수 있다. 프로세서 유닛(PU10)의 제어 신호에 따라 신호변환부(SC10)가 동작될 수 있다. 따라서, 프로세서 유닛(PU10)과 신호변환부(SC10) 사이에 쌍방간 신호 전달(즉, communication)이 발생할 수 있다.
도 3 및 도 4의 측정부(MU10)에 라만 분광계(Raman spectrometer) 구조가 사용될 수 있다. 그 일례가 도 5에 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 비침습 생체 측정 장치(이하, 비침습 측정 장치)(100C)의 측정부(MU20)는 레이저 소스(laser source)(LS20)를 광원으로 포함할 수 있다. 레이저 소스(LS20)에서 피검체(S10)의 제1 영역(R10)으로 광(L20)이 조사될 수 있다. 광(L20)은 레이저일 수 있다. 제1 영역(R10)에서 산란된 광(L20')이 분광기(SP20)에 의해 분광되고, 검출기(D20)에 의해 검출될 수 있다. 레이저 소스(LS20), 분광기(SP20) 및 검출기(D20)를 포함하는 측정부(MU20)는 라만 분광계(Raman spectrometer) 구조를 갖는다고 할 수 있다. 측정부(MU20)를 이용해서 제1 영역(R10)에 대한 측정을 수행하여 제1 영역(R10)에 존재하는 제1 물질(A)에 대한 정보를 획득할 수 있고, 프로세서 유닛(PU10)을 이용해서 상기 제1 물질(A)에 대한 정보에 기초해서 제2 영역(R20)에 존재하는 제2 물질(B)에 관련된 정보를 연산/도출할 수 있다. 프로세서 유닛(PU10)과 검출기(D20) 사이에 신호변환부(SC10)가 더 구비될 수 있다. 프로세서 유닛(PU10) 및 신호변환부(SC10)의 기능 등은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다.
도 5와 같이, 측정부(MU20)에 '라만 분광계'를 사용하는 경우, 이와 관련해서 다양한 이점/효과를 얻을 수 있다. 라만 분광계는 단일 파장의 빛(즉, L20)이 물질의 분자 진동(molecular vibration)과 상호작용을 통해 산란될 때, 빛의 에너지가 시프트(shift)되는 현상을 이용한다. 입사광(즉, L20)과 산란광(즉, L20')의 에너지 상태(state)의 차이, 즉, 에너지 시프트(shift)는 물질의 분자 진동(molecular vibration)과 관련된 정보(분자구조 및 결합형태 등)를 포함할 수 있고, 작용기(functional group)에 대한 정보(즉, fingerprint)를 제공할 수 있다. 따라서, 라만 분광 분석을 통해 정밀한 분자 식별(molecular identification)이 가능할 수 있다. 특히, 검출하고자 하는 대상 물질(즉, 제1 물질(A))이 콜라겐과 같은 섬유상 단백질인 경우, 이러한 물질의 분석에 라만 분광계가 유리할 수 있다. 또한, 라만 분광계를 사용할 경우, 측정 깊이(광의 침투 깊이)를 용이하게 제어할 수 있기 때문에, 피검체(S10)의 표피(epidermis) 영역은 물론이고 진피(dermis) 영역에 대한 분석이 용이할 수 있다.
도 3 내지 도 5에서 제1 물질(A)은 피부 또는 조직에 존재하는 섬유상 단백질(fibrous protein)일 수 있다. 상기 섬유상 단백질은 경단백질(scleroprotein)일 수 있다. 예컨대, 제1 물질(A)은 콜라겐(collagen)일 수 있다. 상기 콜라겐(collagen)은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)일 수 있다. 제2 물질(B)은 혈액에 존재하는 것으로, 대사증후군(metabolic syndrome)과 관련된 물질일 수 있다. 예컨대, 제2 물질(B)은 아디포넥틴(adiponectin)일 수 있다. 제1 물질(A)에 대한 정보와 제2 물질(B)에 대한 정보는 상관관계를 가질 수 있다. 비침습 측정 장치(100A∼100C)는 제1 물질(A)에 대한 정보에 기초해서, 제2 물질(B)에 대한 정보를 도출/연산하고, 결과적으로는, 대사증후군과 관련된 정보를 출력할 수 있다. 따라서, 비침습 측정 장치(100A∼100C)는 '대사증후군 진단 장치'일 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 비침습 측정 장치(100A∼100C)의 측정부(MU10, MU20)의 구체적인 구성은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 분광기(SP10, SP20)의 위치는 달라질 수 있고, 경우에 따라서는, 분광기(SP10, SP20)를 사용하지 않을 수도 있다. 또한, 분광기(SP10, SP20)와 검출기(D10, D20)가 하나의 장치로 통합될 수도 있다.
한편, 도 3 내지 도 5의 비침습 측정 장치(100A∼100C)에서 사용되는 프로세서 유닛(PU10)은, 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 프로세서 유닛(PU10)은 데이터처리부(DP10) 및 제어부(CU10)를 포함할 수 있다. 데이터처리부(DP10)는 측정부(ex, 도 3의 MU10)에서 획득된 로우 데이터(raw data)에서 제1 물질(A)에 대한 정보를 추출하고, 추출된 제1 물질(A)에 대한 정보에 기초해서, 제2 물질(B)에 대한 정보를 연산/도출하는 역할을 할 수 있다. 데이터처리부(DP10)는 제1 물질(A) 및 제2 물질(B)의 상관관계에 기초한 알고리즘을 이용해서 데이터 처리를 수행할 수 있다. 한편, 제어부(CU10)는 상기 측정부를 비롯한 비침습 측정 장치 전반의 동작을 제어하는 역할을 할 수 있다. 프로세서 유닛(PU10)은 CPU(central processing unit)의 구성/기능을 포함할 수 있다. 또는, 프로세서 유닛(PU10)은 MCU(microcontroller unit)의 구성/기능을 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5의 비침습 측정 장치(100A∼100C)는 프로세서 유닛(PU10)에 연결된 '출력부(output unit)'를 더 포함할 수 있다. 그 일례가 도 7에 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 프로세서 유닛(PU10)에 연결된 출력부(OUT10)가 더 구비될 수 있다. 출력부(OUT10)는, 예컨대, 디스플레이 장치 등을 포함할 수 있다. 출력부(OUT10)는 프로세서 유닛(PU10)에 직접 연결될 수 있지만, 경우에 따라, 출력부(OUT10)와 프로세서 유닛(PU10)은 무선 통신으로 연결될 수도 있다. 출력부(OUT10)와 프로세서 유닛(PU10) 사이의 연결 관계 및 출력부(OUT10)의 구성은 다양하게 변화될 수 있다.
도 8은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 타입 I 콜라겐(Type I collagen)은 세 개의 단백질 체인(protein chain)이 엮여 있는 삼량체(trimer) 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 타입 I 콜라겐(Type I collagen)은 세 개의 폴리펩타이드(polypeptide) 체인이 나선 구조를 형성하는 삼중나선(triple helix) 구조를 가질 수 있다. 세 개의 단백질 체인 중 두 개는 알파1(α1) 체인일 수 있고, 나머지 하나는 알파2(α2) 체인일 수 있다. 두 개의 알파1(α1) 체인은 동일한 아미노산 서열(amino-acid sequences)을 가질 수 있고, 알파2(α2) 체인은 다른 서열(different sequence)을 가질 수 있다. 타입 I 콜라겐(Type I collagen)의 일단에는 카르복시-터미널 프로펩타이드(carboxy-terminal propeptide)가 존재할 수 있고, 타입 I 콜라겐(Type I collagen)의 타단에는 아미노-터미널 프로펩타이드(amino-terminal propeptide)가 존재할 수 있다. 도 8의 구조 전체는 타입 I 프로콜라겐(Type I procollagen)이라 할 수 있다.
한편, 아디포넥틴(adiponectin)은 지방세포, 골수, 근육세포, 심근세포 등에서 생성/분비되는 단백질의 일종으로, 글루코스 조절(glucose regulation) 및 지방산 분해(fatty acid breakdown) 등에 관여하는 것으로 알려져 있다. 아디포넥틴의 농도는 대사증후군의 발병 인자들과 상당한 관련성을 가질 수 있다.
대사증후군이란 만성적인 대사 장애로 인하여 고지혈증, 고혈압, 당뇨(혹은 내당능 장애), 비만, 심혈관계 동맥경화증 등의 여러 가지 질환이 한 개인에게 동시에 나타나는 것을 의미한다. 이러한 질환들은 서로 밀접한 관련이 있고, 인슐린 저항성(insulin resistance)과 관련되어 있다. 아디포넥틴의 농도가 감소할수록 대사증후군 발병 인자들의 수치/지수가 커질 수 있다. 다시 말해, 아디포넥틴의 농도가 감소할수록 대사증후군 지수/위험도가 증가할 수 있다.
비만과 관련된 체질량지수(body mass index)(BMI)는 아디포넥틴의 혈중 농도와 음의 상관관계를 가질 수 있다. 이러한 음의 상관관계는 피하지방보다 내장지방에서 더욱 명확하게 나타날 수 있다. 당뇨와 관련해서, 아디포넥틴은 인슐린 감수성(insulin sensitivity)을 높이고 인슐린 저항성(insulin resistance)은 낮추는 역할을 할 수 있다. 따라서, 저아디포넥틴혈증은 당뇨병 발병 가능성이 높다는 것을 의미할 수 있다. 고혈압과 관련해서, 혈중 아디포넥틴 농도는 수축기/이완기/평균 혈압과 유의한 음의 상관관계를 가질 수 있다. 고혈압 환자에서 혈중 아디포넥틴 농도가 낮게 측정되었다. 고지혈증과 관련해서, 혈중 아디포넥틴 농도는 혈중 중성지방 농도 및 아폴리포단백질(apolipoprotein) 농도와 음의 상관관계를 갖고, HDL 콜레스테롤(high-density lipoprotein cholesterol) 농도와는 양의 상관관계를 갖는다. 심혈관계 질환과 관련해서, 아디포넥틴의 농도가 낮을수록, 심혈관계 질환의 발생 가능성이 유의하게 증가되었다. 저아디포넥틴혈증은 죽상동맥경화증(atherosclerosis)의 위험 인자로 여겨진다.
도 9는 혈중 아디포넥틴(adiponectin)의 농도와 대사증후군(metabolic syndrome) 관련 인자들 사이의 연관성을 정리한 도면이다.
도 9를 참조하면, 아디포넥틴의 농도가 감소할수록, 인슐린 감수성(insulin sensitivity)은 감소할 수 있고, 인슐린 저항성(insulin resistance)은 증가할 수 있다. 이와 관련해서, 아디포넥틴의 농도가 감소할수록, 당뇨병(diabetes)(Type Ⅱ diabetes) 발병 가능성은 증가할 수 있다. 아디포넥틴의 농도가 감소할수록, 체질량지수(body mass index)(BMI)는 증가할 수 있고, 비만 지수도 증가할 수 있다. 아디포넥틴의 농도가 감소할수록, 중성지방(neutral fat) 농도는 증가할 수 있고, HDL 콜레스테롤(cholesterol) 농도는 감소할 수 있다. 아디포넥틴의 농도가 감소할수록, 심혈관계 질환(cardiovascular disease) 가능성은 증가할 수 있고, 지방이상증(lipodystrophy) 가능성도 증가할 수 있다.
한편, 아디포넥틴의 혈중 농도는 피부 섬유증(skin fibrosis)과 음의 상관관계를 갖는다. 그리고, 피부 섬유증(skin fibrosis)이 발생하면, 타입 I 콜라겐(Type I collagen)이 피부의 진피(dermis) 영역에서 비이상적으로 생성될 수 있다. 따라서, 피부의 타입 I 콜라겐(Type I collagen)의 농도는 혈중 아디포넥틴의 농도와 유의미한 상관관계를 가질 수 있다. 피부의 타입 I 콜라겐(Type I collagen)의 농도가 높을수록 혈중 아디포넥틴 농도는 감소할 수 있다. 혈중 아디포넥틴 농도가 낮다는 것은 대사증후군 지수/위험도가 높다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 피부의 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 정보를 검출/분석함으로써, 혈중 아디포넥틴 농도를 도출/연산할 수 있고, 이를 대사증후군 진단에 사용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 비침습 측정 장치에 의해 검출되는 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치와 비침습 측정 장치에 의해 도출/연산되는 혈중 아디포넥틴(adiponectin) 농도 사이의 상관관계를 예시적으로 보여주는 그래프이다. 타입 I 콜라겐(Type I collagen)은 도 1의 제1 물질(A)에 대응될 수 있고, 아디포넥틴(adiponectin)은 도 1의 제2 물질(B)에 대응될 수 있다.
도 10을 참조하면, 피검체의 피부/조직으로부터 획득한 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치(이하, 콜라겐 수치)와 피검체의 혈액내 아디포넥틴(adiponectin) 농도(이하, 아디포넥틴 농도)는 소정의 함수관계를 가질 수 있다. 상기 콜라겐 수치와 상기 아디포넥틴 농도는 대략적인 반비례 관계 혹은 그와 유사한 관계를 가질 수 있다. 비침습 측정 장치의 측정부를 이용해서 콜라겐에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득할 수 있고, 비침습 측정 장치의 데이터처리부를 이용해서 상기 로우 데이터(raw data)로부터 콜라겐 수치를 추출하고 이로부터 상기 아디포넥틴 농도를 도출할 수 있다. 이때, 상기 데이터처리부는 상기 함수관계(상관관계)를 이용할 수 있다. 콜라겐 수치가 a1인 경우, 상기 함수관계(상관관계)에 의해 그에 대응하는 아디포넥틴 농도는 b1으로 도출될 수 있다. 콜라겐 수치가 a2인 경우, 상기 함수관계(상관관계)에 의해 그에 대응하는 아디포넥틴 농도는 b2로 도출될 수 있다. a2는 a1보다 클 수 있고, b2는 b1보다 작을 수 있다. 도출된 아디포넥틴 농도에 기초해서, 피검체의 대사증후군 지수/위험도를 알아낼 수 있다.
이하에서는, 도 10과 같은 상관관계를 구하는 방법을 예시적으로 설명한다.
조직(tissue)에 존재하는 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 혈액에 존재하는 아디포넥틴(adiponectin) 사이의 상관관계를 구하기 위해 복수의 샘플(사람)을 사용할 수 있다. 복수의 샘플(사람)로부터 조직(tissue)에 존재하는 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 데이터를 얻고, 또한, 혈액에 존재하는 아디포넥틴(adiponectin) 관련 데이터를 얻은 후, 두 데이터 사이의 상관관계(관계식)를 구할 수 있다.
도 11은 복수의 샘플(사람) 중에서 한 샘플(사람)의 피부 조직에서 얻어진 라만 스펙트럼 데이터(Raman spectrum data)를 보여준다. 상기 라만 스펙트럼 데이터는 피부 조직(진피 조직)에 대한 라만 분광 분석(Raman spectroscopic analysis)을 수행하여 얻어진 것이다.
도 11의 라만 스펙트럼 데이터에서 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 정보를 추출하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 라만 스펙트럼 데이터(Raman spectrum data)에서 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 파수(wavenumber)는 853∼857 cm-1, 934∼938 cm-1, 1447∼1452 cm-1 및 1656∼1660 cm-1 일 수 있다. 따라서, 라만 스펙트럼 데이터에서 853∼857 cm-1, 934∼938 cm-1, 1447∼1452 cm-1 및 1656∼1660 cm-1의 파수 범위(wavenumber range) 중 적어도 하나의 파수(wavenumber)에 대응하는 인텐시티(intensity) 값을 읽어 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 정보를 얻을 수 있다. 예컨대, 라만 스펙트럼 데이터에서 855 cm-1에 대응하는 인텐시티(intensity), 936 cm-1에 대응하는 인텐시티(intensity), 1450 cm-1에 대응하는 인텐시티(intensity), 1658 cm-1에 대응하는 인텐시티(intensity) 등을 읽어, 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 수치를 얻을 수 있다. 또한, 상기 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 수치를 기준 파수(reference wavenumber)에 대응하는 인텐시티(intensity) 값으로 나눠주어 정규화(normalizing) 할 수 있다. 이러한 정규화를 통해 샘플간 측정 편차를 상쇄할 수 있다. 정규화를 위한 기준 파수는 다양하게 변화될 수 있다. 동일한 작업을 모든 샘플에 대해서 수행할 수 있다.
한편, 동일한 샘플(사람)들로부터 혈액을 채취해서 각 샘플의 혈중 아디포넥틴의 농도를 측정할 수 있다. 이렇게 얻어진 각 샘플의 혈중 아디포넥틴의 농도와 도 11과 같은 데이터에서 얻어진 각 샘플의 조직내 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치를 도표화(plotting) 할 수 있다. 그 결과, 도 12와 같은 그래프가 얻어질 수 있다.
도 12를 참조하면, 복수의 샘플에 대응하는 결과가 복수의 도트(dot)로 나타날 수 있다. 이때, X축 값은 혈중 아디포넥틴의 농도이고, Y축 값은 조직내 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치이다. 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치는, 예컨대, 도 11과 같은 데이터에서 타입 I 콜라겐과 관련된 파수(wavenumber)의 인텐시티(intensity) 값을 읽고, 이를 기준 파수(reference wavenumber)에 대응하는 인텐시티(intensity) 값으로 나눠줌으로써 얻어질 수 있다. 구체적인 예로, 상기 타입 I 콜라겐 관련 수치는 Intensity(855cm-1)/Intensity(811cm-1)로 계산되거나, [Intensity(855cm-1)+Intensity(1450cm-1)]/Intensity(811cm-1)로 계산될 수 있다. 여기서, 855 cm-1 및 1450 cm-1은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 파수(wavenumber)이고, 811cm-1은 기준 파수(reference wavenumber)이다.
도 12에서 복수의 도트(dot)의 분포는 분명한 경향성을 갖는다. 즉, 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 수치와 혈중 아디포넥틴 농도는 상관관계를 갖는다. 이러한 상관관계는 소정의 함수(관계식)로 표현될 수 있다. 예컨대, 상기 상관관계는 이차함수(이차함수 그래프)로 표현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치의 데이터처리부는 상기한 상관관계에 기초한 알고리즘을 가질 수 있다. 따라서, 라만 스펙트럼 데이터로부터 제1 물질(ex, 콜라겐)에 대한 수치, 즉, Y축 값을 획득하면, 상기 상관관계로부터 제2 물질(ex, 아디포넥틴)에 대한 수치, 즉, X축 값을 연산/도출할 수 있다. 예컨대, 도 5의 측정부(MU20)를 이용해서 제1 물질(A)(ex, 콜라겐)에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 얻을 수 있고, 프로세서 유닛(PU10)의 데이터처리부를 이용해서 상기 로우 데이터(raw data)로부터 제2 물질(B)(ex, 아디포넥틴)에 대한 정보를 연산/도출할 수 있다.
도 12의 결과는 설명의 편의를 위해 예시적으로 제시된 것이고, 실제 결과는 달라질 수 있다. 또한, 도 11 및 도 12에서는 라만 스펙트럼 데이터(Raman spectrum data)에서 타입 I 콜라겐(Type I collagen)과 관련된 특정 파수에 대응하는 인텐시티(intensity) 값을 읽어줌으로써, 타입 I 콜라겐(Type I collagen) 관련 정보를 추출하는 것에 대해서 설명하였지만, 스펙트럼 전체 파장에 대한 인텐시티 정보를 가지고 여러 가지 회귀분석법(regression analysis)을 이용해서 조직내 타입 I 콜라겐(Type I collagen)에 대한 정보를 정량화할 수도 있다. 상기 회귀분석법의 일례로 PLS(partial least square) 법이 사용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 방법(non-invasive measuring device for bio-analyte)을 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다. 아래의 도 13에 대한 설명은 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 비침습 생체 측정 장치 및 관련 내용과 연계되어 있다. 따라서, 도 13의 방법은 도 1 내지 도 12의 설명 내용에 기초해서 이해될 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 실시예의 비침습 생체 측정 방법(이하, 비침습 측정 방법)은 피검체의 피부로부터 섬유상 단백질(fibrous protein)에 대한 정보를 획득하는 단계(S100), 상기 섬유상 단백질에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 혈액내 대사증후군 관련 물질에 대한 정보를 도출하는 단계(S200) 및 대사증후군 관련 지수/수치를 출력하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
상기 섬유상 단백질은 콜라겐(collagen)을 포함할 수 있고, 상기 콜라겐은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)일 수 있다. 상기 대사증후군 관련 물질은 아디포넥틴(adiponectin)을 포함할 수 있다. 상기 섬유상 단백질에 대한 정보를 획득하는 단계(S100)는 상기 피검체의 피부에 대한 라만 분광 분석(Raman spectroscopic analysis)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 라만 분광 분석은 도 5를 참조하여 설명한 측정부(MU20)를 이용해서 수행할 수 있다.
상기 섬유상 단백질(ex, 콜라겐)과 상기 대사증후군 관련 물질(ex, 아디포넥틴) 사이에 소정의 상관관계가 존재할 수 있고, 상기 대사증후군 관련 물질에 대한 정보를 도출하는 단계(S200)는 상기 상관관계에 기초한 알고리즘을 이용해서 수행할 수 있다. 상기 대사증후군 관련 물질에 대한 정보를 도출하는 단계(S200)는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 프로세서 유닛(PU10)을 이용해서 수행할 수 있다. 비침습 측정을 수행하기 전에, 상기 섬유상 단백질(ex, 콜라겐)과 상기 대사증후군 관련 물질(ex, 아디포넥틴) 사이의 상관관계를 구하고, 이에 기초한 알고리즘을 만들 수 있다. 상기 상관관계를 구하는 방법은, 예컨대, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 바와 같을 수 있다.
상기 대사증후군 관련 지수/수치를 출력하는 단계(S300)는 도 7을 참조하여 설명한 출력부(OUT10)를 사용해서 수행할 수 있다. 상기 비침습 측정 방법은 '대사증후군 진단 방법'일 수 있다. 그러나, S200 단계에서 대사증후군 관련 물질이 아닌 다른 물질에 대한 정보를 도출하는 경우, 상기 비침습 측정 방법의 목적은 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 비침습 생체 측정 장치(대사증후군 진단 장치)를 구성하는 요소들, 예컨대, 측정부, 프로세서 유닛 및 출력부 등은 하나의 기기 내에 설치될 수도 있고, 적어도 두 개의 기기에 분리되어 설치될 수도 있다. 이와 관련된 실시예에 대해서는 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치를 보여주는 개략도이다. 도 14를 참조하면, 비침습 생체 측정 장치(이하, 비침습 측정 장치)는 하나의 기기(1000) 내에 측정부(MU1), 프로세서 유닛(PU1) 및 출력부(OUT1)를 모두 포함할 수 있다. 측정부(MU1), 프로세서 유닛(PU1) 및 출력부(OUT1)는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비침습 생체 측정 장치를 보여주는 개략도이다. 도 15를 참조하면, 비침습 생체 측정 장치(이하, 비침습 측정 장치)는 제1 기기(1000A) 내에 측정부(MU1)를 포함할 수 있고, 제2 기기(1000B) 내에 프로세서 유닛(PU1) 및 출력부(OUT1)를 포함할 수 있다. 제1 기기(1000A)의 측정부(MU1)에 의해 피검체에 대한 측정이 이루어질 수 있고, 측정부(MU1)에 의해 얻어진 데이터는 제2 기기(1000B)의 프로세서 유닛(PU1)으로 전송될 수 있다. 측정부(MU1)와 프로세서 유닛(PU1)은 무선 통신 또는 유선 통신으로 연결될 수 있다. 이와 관련해서, 제2 기기(1000B)에는 상기 데이터를 수신하는 데이터수신부(미도시)가 더 구비될 수 있고, 상기 데이터수신부는 프로세서 유닛(PU1)에 연결될 수 있다. 또는, 프로세서 유닛(PU1) 내에 상기 데이터수신부가 구비되어 있을 수 있다. 상기 데이터수신부를 '데이터획득부'로 여길 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 다른 실시예에 따르면, 제1 기기에 측정부와 프로세서 유닛이 구비되고, 제2 기기에 출력부가 구비될 수 있다. 이때, 프로세서 유닛과 출력부는 무선 통신 또는 유선 통신으로 연결될 수 있다. 또는, 제1 기기에 측정부와 출력부가 구비되고, 제2 기기에 프로세서 유닛이 구비될 수 있다. 이때, 프로세서 유닛과 출력부는 무선 통신 또는 유선 통신으로 연결될 수 있다. 또는, 제1 기기에 측정부와 제1 출력부가 구비되고, 제2 기기에 프로세서 유닛과 제2 출력부가 구비될 수 있다. 또는, 제1 기기에 측정부가 구비되고, 제2 기기에 프로세서 유닛이 구비되며, 제3 기기에 출력부가 구비될 수 있다.
도 14, 도 15 및 이들로부터 변형된 다양한 실시예에 따른 비침습 측정 장치는 '비침습 측정 시스템'이라고 할 수 있다. 이러한 비침습 측정 장치 또는 비침습 측정 시스템은 병원이나 검사 기관에서 사용되는 의료기기뿐 아니라, 공공기관 등에 비치되는 중소형 의료기기나, 개인이 소장 또는 휴대할 수 있는 소형 의료기기 및 헬스케어(health care) 장치에 적용될 수 있다. 또한, 상기 비침습 측정 장치 또는 비침습 측정 시스템은 휴대폰 및 그 주변장치(보조장치)에 적용될 수도 있다.
부가적으로, 도 1에서는 비침습 측정 장치(100)가 피검체(S1)의 위쪽에서 피검체(S1)에 대한 측정을 수행하는 것으로 도시하였지만, 비침습 측정 장치(100)와 피검체(S1)의 상대적인 위치 관계는 변화될 수 있다. 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같이, 비침습 측정 장치(100)가 피검체(S1)의 아래쪽에서 피검체(S1)에 대한 측정을 수행할 수도 있다. 그 밖에도 비침습 측정 장치(100)와 피검체(S1)의 상대적인 위치 관계는 다양하게 변화될 수 있다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예에서는 주로 라만 분광계(Raman spectrometer)를 이용해서 피검체의 제1 부위(피부)에 대한 검출을 실시하는 것에 대해 도시하고 설명하였지만, 검출 방법은 달라질 수 있다. 예컨대, NIR 분광계(Near-Infrared spectrometer)를 사용하여 피검체의 제1 부위(피부)에 대한 검출을 수행할 수도 있다. 근적외선(Near-Infrared ray)은 피부에 대한 침투 깊이(penetration depth)가 중적외선(Mid-Infrared ray)과 비교하여 비교적 크기 때문에, 근적외선을 사용하면, 표피 영역은 물론 진피 영역 전반에 대한 측정이 가능할 수 있다. 따라서, 도 3 및 도 4에서 측정부(MU10)로서 NIR 분광계를 사용할 수도 있다. 아울러, 피부의 조직에 있는 물질을 분석하여 정량화하는데 있어서, 피부의 조직까지만 침투하는 파장 범위의 빛을 발생하는 광원을 이용하거나, 피부의 조직으로부터 산란 또는 반사된 빛을 선택적으로 받아들이는(필터링하는) 필터를 사용할 수도 있다.
또한, 이상에서는 주로 광을 이용해서 피검체의 제1 부위(피부)에 대한 검출을 실시하는 것에 대해 도시하고 설명하였지만, 광을 이용하지 않고 전기적 신호를 이용해서 피검체의 제1 부위(피부)에 대한 검출을 실시할 수도 있다. 구체적인 예로, 상기 제1 부위에 전기적 신호(저전압 신호)를 인가한 후, 임피던스(impedance)의 변화를 검출함으로써, 상기 제1 부위에 대한 정보를 획득할 수도 있다. 그 밖에도, 제1 부위에 대한 검출 방법은 다양하게 변화될 수 있다.
이상에서 설명한 비침습 측정 장치 및 비침습 측정 방법(대사증후군 진단 장치 및 대사증후군 진단 방법)을 이용하면, 비침습적으로 매우 간단하게 피검체에 대한 검사(대사증후군 진단)를 실시할 수 있다. 침습적 측정 방법은 피검체의 혈액을 채취하고 채취된 혈액에 대한 측정 및 분석을 수행하는 방식으로 이루어질 수 있는데, 이러한 방법에서는 혈액 채취시 피검체의 고통이 수반되고, 혈액 분석시 혈액의 특정 물질과 반응하는 시약 및 비색분석법(colorimetric assay) 등을 사용해야 하는 등 불편이 따른다. 특히, 혈액을 채취하여 아디포넥틴의 농도를 측정하기 위해서는, 면역분석법(immunoassay)을 위한 시약과 광학장비를 이용하거나, mRNA를 분석해야 하는 어려움이 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 예컨대, 혈액을 채취하지 않고 피부/조직에 대한 분석/검출만 진행하면서도, 혈액에 존재하는 목표분석물(target analyte)에 대한 정확한(혹은, 비교적 정확한) 측정이 가능할 수 있다. 따라서, 침습적 측정 방법의 다양한 문제/불편을 해결할 수 있다.
추가적으로, 비교예에 따른 방법으로는, 첫째, 비침습적으로 혈액내 피분석물(analyte)을 직접 검출하는 방법과, 둘째, 조직의 A 물질을 검출하여 혈액내 동일한 A 물질을 간접적으로 측정하는 방법이 있을 수 있다. 그러나, 상기 첫번째 비교예에 따른 방법은 혈관 구조 및 위치의 복잡성 등으로 인해 실현 가능성이 낮고, 상기 두번째 비교예에 따른 방법은 혈액내 A 물질이 조직으로 확산되는 경우에만 사용이 가능하고, 조직에서 A 물질의 측정 신호가 약할 경우 적용하기 어려울 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 비침습 측정 장치 및 비침습 측정 방법은 상기한 두 가지 비교예보다 실현 가능성, 검출할 수 있는 물질의 확장성, 높은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR)의 확보 등의 측면에서 장점을 가질 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1, 도 3 내지 도 7 및 도 14 내지 도 16을 참조하여 설명한 비침습 측정 장치(대사증후군 진단 장치)의 구성은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한 비침습 측정 방법(대사증후군 진단 방법)도 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
A : 제1 물질 B : 제2 물질
BD1 : 혈액 BV1 : 혈관
CU10 : 제어부 D10, D20 : 검츨기
DP10 : 데이터처리부 L10, L20 : 광
LS10, LS20 : 광원 MU10, MU20 : 측정부
PU10 : 프로세서 유닛 R1, R10 : 제1 영역(측정 영역)
R20 : 제2 영역 S1, S1', S10 : 피검체
SK1 : 피부 SL1 : 표피
SL2 : 진피 SL3 : 피하조직
SS1 : 표면 SC10 : 신호변환부
SP10, SP20 : 분광기 OUT10 : 출력부
100, 100A∼100C : 측정 장치

Claims (22)

  1. 피검체의 피부에서 콜라겐에 대응되는 스펙트럼 특성(spectral characteristics)을 통해 콜라겐(collagen)에 대한 정보를 획득하고, 상기 스펙트럼 특성은 853∼857 cm-1, 934∼938 cm-1, 1447∼1452 cm-1 및 1656∼1660 cm-1의 파수 범위(wavenumber range) 중 적어도 하나의 파수(wavenumber)에 대응하며, 상기 콜라겐에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 혈액에 존재하는 피분석물(analyte)에 대한 정보를 도출하며,
    상기 콜라겐에 대한 정보는 상기 콜라겐의 양(amount)을 포함하며,
    상기 콜라겐의 양과 상기 피분석물의 양은 반비례한다는 것에 기초하는,
    비침습 생체 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜라겐은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)인 비침습 생체 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피분석물(analyte)은 대사증후군(metabolic syndrome)과 관련된 물질인 비침습 생체 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피분석물(analyte)은 아디포넥틴(adiponectin)을 포함하는 비침습 생체 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 비침습 생체 측정 장치는,
    상기 피검체의 피부에서 상기 콜라겐에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득하는 데이터획득부; 및
    상기 콜라겐에 대한 정보에 기초해서 상기 피분석물(analyte)에 대한 정보를 도출하는 데이터처리부를 구비하는 프로세서 유닛(processor unit);을 포함하는 비침습 생체 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터획득부는 라만 분광계(Raman spectrometer)를 포함하는 비침습 생체 측정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터처리부는 상기 콜라겐과 상기 피분석물(analyte) 사이의 상관관계에 기초한 알고리즘을 이용해서 데이터를 처리하도록 구성된 비침습 생체 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 비침습 생체 측정 장치는 라만 분광계(Raman spectrometer)를 포함하고, 상기 라만 분광계를 이용해서 상기 피검체의 피부로부터 상기 콜라겐에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득하는 비침습 생체 측정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비침습 생체 측정 장치는 상기 콜라겐에 대한 정보를 획득하기 위하여, 상기 피검체의 피부에 대한 라만 스펙트럼 데이터(Raman spectrum data)를 획득하도록 구성되고, 상기 라만 스펙트럼 데이터에서 853∼857 cm-1, 934∼938 cm-1, 1447∼1452 cm-1 및 1656∼1660 cm-1의 파수 범위(wavenumber range) 중 적어도 하나의 파수(wavenumber)에 대응하는 인텐시티(intensity) 값을 읽도록 구성된 비침습 생체 측정 장치.
  11. 대사증후군(metabolic syndrome) 진단 장치에 있어서,
    피검체의 피부에서 콜라겐(collagen)에 대응되는 스펙트럼 특성(spectral characteristics)을 통해 조직(tissue)과 관련된 콜라겐에 대한 정보를 획득하고, 상기 스펙트럼 특성은 853∼857 cm-1, 934∼938 cm-1, 1447∼1452 cm-1 및 1656∼1660 cm-1의 파수 범위(wavenumber range) 중 적어도 하나의 파수(wavenumber)에 대응하며, 상기 콜라겐에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 혈액내 대사증후군과 관련된 제2 물질에 대한 정보를 도출하며,
    상기 콜라겐에 대한 정보는 상기 콜라겐의 양(amount)을 포함하며,
    상기 콜라겐의 양과 상기 제2 물질의 양은 반비례한다는 것에 기초하는 대사증후군 진단 장치.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 콜라겐은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)을 포함하는 대사증후군 진단 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 물질은 아디포넥틴(adiponectin)을 포함하는 대사증후군 진단 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 대사증후군 진단 장치는 라만 분광계(Raman spectrometer)를 포함하고, 상기 라만 분광계를 이용해서 상기 피검체의 피부로부터 상기 콜라겐에 대한 정보를 포함하는 로우 데이터(raw data)를 획득하는 대사증후군 진단 장치.
  16. 비침습 생체 측정 장치의 대사증후군(metabolic syndrome) 관련 물질 측정 방법에 있어서,
    상기 비침습 생체 측정 장치는,
    피검체의 피부로부터 콜라겐(collagen)에 대응되는 스펙트럼 특성(spectral characteristics)을 통해 상기 콜라겐에 대한 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 콜라겐에 대한 정보에 기초해서 동일 피검체의 혈액내 대사증후군 관련 물질에 대한 정보를 도출하는 단계;를 포함하고,
    상기 스펙트럼 특성은 특성은 853∼857 cm-1, 934∼938 cm-1, 1447∼1452 cm-1 및 1656∼1660 cm-1의 파수 범위(wavenumber range) 중 적어도 하나의 파수(wavenumber)에 대응하며,
    상기 콜라겐에 대한 정보는 상기 콜라겐의 양(amount)을 포함하며,
    상기 콜라겐의 양과 상기 혈액내 대사증후군 관련 물질 양은 반비례한다는 것에 기초하는 대사증후군 관련 물질 측정 방법.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 콜라겐은 타입 I 콜라겐(Type I collagen)인 대사증후군 관련 물질 측정 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 대사증후군 관련 물질은 아디포넥틴(adiponectin)을 포함하는 대사증후군 관련 물질 측정 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 콜라겐에 대한 정보를 획득하는 단계는 상기 피검체의 피부에 대한 라만 분광 분석(Raman spectroscopic analysis)을 수행하는 단계를 포함하는 대사증후군 관련 물질 측정 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 대사증후군 관련 물질 측정 방법은 상기 장치가 상기 콜라겐과 상기 대사증후군 관련 물질 사이의 상관관계를 구하는 단계를 더 포함하고,
    상기 대사증후군 관련 물질에 대한 정보를 도출하는 단계는 상기 상관관계에 기초한 알고리즘을 이용해서 수행하는 대사증후군 관련 물질 측정 방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 대사증후군 관련 물질 측정 방법은 비침습(non-invasive) 방식으로 수행하는 대사증후군 관련 물질 측정 방법.
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