KR20200144333A

KR20200144333A - 라만 스펙트럼 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200144333A
Application number: KR1020190072236A
Authority: KR
Inventors: 박윤상; 이우창; 장호준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-12-29
Also published as: US20200397353A1; US11439327B2

Abstract

일 양상에 따른 라만 스펙트럼 측정 장치는, 샘플에 광을 조사하는 광원부와 샘플로부터의 라만 산란광을 수집하는 집광부를 포함하는 라만 프로브와, 상기 수집된 라만 산란광을 기반으로 상기 샘플의 라만 스펙트럼을 획득하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 라만 프로브 파라미터를 조절하고, 상기 조절된 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 제1 시점의 샘플의 제1 라만 스펙트럼 및 제2 시점의 상기 샘플의 제2 라만 스펙트럼을 획득하고, 상기 획득된 제1 라만 스펙트럼과 상기 획득된 제2 라만 스펙트럼의 차 스펙트럼을 획득하고, 상기 획득된 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도를 판단하고, 상기 판단된 유사도를 기반으로 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하고, 상기 판단된 최적의 라만 프로브 파라미터로 상기 라만 프로브를 설정하여 생체 정보 추정을 위한 상기 샘플의 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다.

Description

라만 스펙트럼 측정 장치 및 방법{Raman spectrum measurement apparatus and method}

라만 스펙트럼 측정 기술과 관련된다.

라만 분광분석법과 같은 분광학적 분석 기술 기반의 비침습 혈당 센서는 잦은 채혈을 필요로 하는 당뇨병 환자 또는 대사질환 위험군의 편의를 증진시킬 수 있다. 특히, 위와 같은 비침습 분석 기술은 개인별 피부 스펙트럼으로부터 진피층에 존재하는 간질액 분석을 통해 혈중성분의 신호 예측에 활용될 수 있다. 그러나, 취득되는 피부 스펙트럼은 입사광 경로(예컨대, 각질, 표피층, 및 진피층 등)를 통과하는 생체분자(예컨대, 지질, 단백질 등)의 신호와 혼재되므로, 표적 물질(예컨대, 글루코스)의 신호에 대비하여 배경 잡음이 매우 크다.

라만 스펙트럼 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 프로세서는, 상기 라만 프로브 파라미터의 조절, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼의 획득, 상기 차 스펙트럼의 획득 및 상기 유사도 판단을 반복하여 상기 유사도가 최대가 되는 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 판단된 유사도가 소정의 임계값을 초과하는 경우, 상기 조절된 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파리미터로 판단할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 판단된 유사도가 소정의 임계값 이하인 경우, 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과할 때까지 상기 라만 프로브 파라미터의 조절, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼의 획득, 상기 차 스펙트럼의 획득 및 상기 유사도 판단을 반복 수행할 수 있다.

상기 라만 프로브 파라미터는, 상기 집광부와 상기 샘플 사이의 간격, 및 상기 집광부의 초점 심도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 분석 물질 라만 스펙트럼은 포도당 용액 라만 스펙트럼일 수 있다.

상기 프로세서는, 클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 유사도를 판단할 수 있다.

상기 생체 정보는 분석 물질의 농도이고, 상기 분석 물질은 포도당, 중성지방, 요소, 요산, 젖산, 단백질, 콜레스테롤, 항산화물질, 에탄올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 라만 프로브는, 상기 집광부에서 수집된 라만 산란광을 파장별로 분리하는 분광부와, 상기 파장별로 분리된 라만 산란광을 수신하는 광 검출부를 더 포함할 수 있다.

다른 양상에 따른 라만 스펙트럼 측정 장치는, 라만 프로브 파라미터를 조절하는 단계와, 상기 조절된 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 제1 시점의 샘플의 제1 라만 스펙트럼 및 제2 시점의 상기 샘플의 제2 라만 스펙트럼을 획득하는 단계와, 상기 획득된 제1 라만 스펙트럼과 상기 획득된 제2 라만 스펙트럼의 차 스펙트럼을 획득하는 단계와, 상기 획득된 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도를 판단하는 단계와, 상기 판단된 유사도를 기반으로 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계와, 상기 판단된 최적의 라만 프로브 파라미터로 상기 라만 프로브를 설정하여 생체 정보 추정을 위한 상기 샘플의 라만 스펙트럼을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계는, 상기 라만 프로브 파라미터를 조절하는 단계, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼을 획득하는 단계, 상기 차 스펙트럼을 획득하는 단계 및 상기 유사도를 판단하는 단계를 반복하여 상기 유사도가 최대가 되는 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단할 수 있다.

상기 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계는, 상기 판단된 유사도가 소정의 임계값을 초과하는 경우, 상기 조절된 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파리미터로 판단할 수 있다.

상기 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계는, 상기 판단된 유사도가 소정의 임계값 이하인 경우, 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과할 때까지 상기 라만 프로브 파라미터를 조절하는 단계, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼을 획득하는 단계, 상기 차 스펙트럼을 획득하는 단계 및 상기 유사도를 판단하는 단계를 반복 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 라만 프로브 파라미터는, 상기 라만 프로브의 집광부와 상기 샘플 사이의 간격, 및 상기 집광부의 초점 심도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 유사도를 판단하는 단계는, 클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 유사도를 판단할 수 있다.

상기 생체 정보는 분석 물질의 농도이고, 기 분석 물질은 포도당, 중성지방, 요소, 요산, 젖산, 단백질, 콜레스테롤, 항산화물질, 에탄올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

지속적 및 체계적으로 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하여 라만 프로브를 설정하므로, 신호대잡음비가 높은 라만 스펙트럼을 획득하여 생체 정보 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 라만 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 라만 프로브(110)의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 라만 스펙트럼 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 라만 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 라만 스펙트럼 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 라만 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 라만 프로브(110)의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 라만 스펙트럼 측정 장치(100)는 라만 프로브(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다.

라만 프로브(110)는 샘플에 광을 조사하고, 샘플로부터의 라만 산란광을 수집할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 라만 프로브(110)는 광원부(111), 집광부(112), 분광부(113) 및 광 검출부(114)를 포함할 수 있다.

광원부(111)는 샘플에 광을 조사할 수 있다. 이를 위해 광원부(111)는 하나 또는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 소정 파장의 광, 예컨대, 가시광선 또는 적외선을 샘플에 조사할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 측정 목적이나 분석 대상 등에 따라 광원으로부터 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 각 광원은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수의 발광체의 집합으로 구성될 수도 있다. 각 광원이 다수의 발광체의 집합으로 구성되는 경우, 다수의 발광체는 측정 목적에 적합하도록 서로 다른 파장의 광을 방출할 수도 있고 모두 동일한 파장의 광을 방출할 수도 있다. 일 실시예에 따르면 광원은 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode) 등으로 형성될 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에 따르면, 광원부(111)는 특정 파장의 광을 선택하기 위한 필터(예컨대, 클린업 필터(clean up filter), 밴드패스 필터(bandpass filter) 등) 및/또는 조사된 광이 샘플의 원하는 위치를 향하도록 하는 광학 요소(예컨대, 반사 거울 등) 등을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광원부(111)는 도 2에 도시된 바와 같이 집광부(112)의 옆에서 비스듬하게 광을 샘플에 조사하도록 구현될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 광원부(111)가 샘플에 수직하는 방향으로 광을 조사하도록 구현될 수도 있다. 즉, 광원부(111)의 위치나 샘플에 대한 광 조사각에 특별한 제한이 없다.

일 실시예에 따르면, 광원부(111)는 특정 위치에 고정될 수도 있고, 광원부(111) 전체 또는 광원부(111)의 구성요소들 중 일부가 상하, 좌우, 전후로 이동하거나 회전할 수 있도록 구현될 수도 있다.

집광부(112)는 샘플로부터 라만 산란광을 수집할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 집광부(112)는 필터(예컨대, 롱패스 필터(long pass filter), 클린업 필터(clean up filter) 등), 렌즈(예컨대, 컬렉션 렌즈(collection lens), 조준 렌즈(collimating lens), 포커싱 렌즈(focusing lens) 등), 파이버(fiber), 도파관, 격자(grating) 등을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 집광부(112)는 집광부(112)와 샘플 사이의 간격을 조절할 수 있도록 샘플에 수직하는 방향으로 상하 이동이 가능하도록 구성되거나, 집광부(112)의 초점 심도(focal depth)을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

분광부(113)는 집광부(112)에서 수집된 라만 산란광을 파장별로 공간상으로 분리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분광부(113)는 프리즘, 격자(grating) 등을 포함할 수 있다.

광 검출부(114)는 분광부(113)에서 파장별로 분리된 라만 산란광을 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출부(114)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 이미지 센서(전자 결합 소자(charge-coupled device, CCD) 이미지 센서, 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS) 이미지 센서 등) 등을 포함할 수 있다. 광 검출부(114)는 반드시 하나의 소자로 구성될 필요는 없으며 다수의 소자들이 어레이 형태로 구성될 수 있다.

프로세서(120)는 라만 스펙트럼 측정 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하고, 라만 스펙트럼 측정 장치(100)의 동작과 관련된 각종 신호를 처리할 수 있다.

프로세서(120)는 광 검출부(114)에서 수신된 라만 산란광을 기반으로 샘플의 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다.

프로세서(120)는 소정의 이벤트가 발생할 때마다 또는 주기적으로, 라만 프로브(110)를 제어하여 생체 정보 추정을 위한 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하고, 판단된 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브(110)를 설정하여 생체 정보 추정을 위한 최적의 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 라만 프로브 파라미터는 집광부(112)와 샘플 사이의 간격, 집광부(112)의 초점 심도 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 생체 정보는 체내의 분석 물질의 농도이며, 분석 물질은 포도당(glucose), 중성지방(triglyceride), 요소(urea), 요산(uric acid), 젖산(lactate), 단백질(protein), 콜레스테롤(cholesterol), 항산화물질(예컨대, 비타민, 카르티노이드, 플라보노이드, 아스코르브산, 토코페놀 등), 에탄올(ethanol) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 체내의 분석 물질이 포도당인 경우 생체 정보는 혈당을 나타낼 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 생체 정보는 혈당인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 라만 프로브 파라미터를 조절해가며, 각 라만 프로브 파라미터 별로 제1 시점의 샘플의 라만 스펙트럼(이하, 제1 라만 스펙트럼)과 제1 시점에서 소정의 시간 경과 후 제2 시점의 샘플의 라만 스펙트럼(이하, 제2 라만 스펙트럼)을 획득할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 각 라만 프로브 파라미터 별로 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼의 차 스펙트럼를 획득하고, 획득된 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도를 기반으로 생체 정보 추정을 위한 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단할 수 있다. 이때, 분석 물질 라만 스펙트럼은 분석 물질 용액의 라만 스펙트럼으로써, 분석 물질이 포도당인 경우는 포도당 용액 라만 스펙트럼일 수 있다. 프로세서(120)는 유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 등 다양한 유사도 알고리즘을 이용할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(120)는 라만 프로브 파라미터를 조절하고, 라만 프로브(110)를 조절된 라만 프로브 파라미터로 설정할 수 있다. 프로세서(120)는 설정된 라만 프로브(110)를 이용하여 샘플의 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼을 획득하고, 제1 라만 스펙트럼에서 제2 라만 스펙트럼을 감산하거나 제2 라만 스펙트럼에서 제1 라만 스펙트럼을 감산하여 차 스펙트럼을 획득할 수 있다. 또한 프로세서(120)는 전술한 다양한 유사도 알고리즘을 이용하여 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼(예컨대, 포도당 용액 라만 스펙트럼)의 유사도를 판단할 수 있다. 프로세서(120)는 설정된 횟수만큼 라만 프로브 파라미터 조절, 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼 획득, 차 스펙트럼 획득 및 유사도 판단을 반복 수행하고, 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 라만 프로브 파라미터를 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단할 수 있다.

다른 예를 들면, 프로세서(120)는 라만 프로브 파라미터를 조절하고, 라만 프로브(110)를 조절된 라만 프로브 파라미터로 설정할 수 있다. 프로세서(120)는 설정된 라만 프로브(110)를 이용하여 샘플의 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼을 획득하고, 제1 라만 스펙트럼에서 제2 라만 스펙트럼을 감산하거나 제2 라만 스펙트럼에서 제1 라만 스펙트럼을 감산하여 차 스펙트럼을 획득할 수 있다. 또한 프로세서(120)는 전술한 다양한 유사도 알고리즘을 이용하여 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼(예컨대, 포도당 용액 라만 스펙트럼)의 유사도를 판단하고 판단된 유사도가 소정의 임계값을 초과하면 그때의 라만 프로브 파라미터를 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값 이하이면, 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과할 때까지 라만 프로브 파라미터 조절, 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼 획득, 차 스펙트럼 획득 및 유사도 판단을 반복 수행할 수 있다.

프로세서(120)는 판단된 최적의 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브(110)를 설정하고, 설정된 라만 프로브(110)를 이용하여 생체 정보 추정을 위한 최적의 라만 스펙트럼을 획득하고, 획득된 최적의 라만 스펙트럼을 분석하여 생체 정보를 추정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 라만 스펙트럼 측정 장치(100)는 소정의 이벤트가 발생할 때마다 또는 주기적으로 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하여 라만 프로브(110)를 설정하므로, 신호대잡음비가 높은 라만 스펙트럼을 획득하여 생체 정보 추정의 정확도를 향상시키는 것이 가능하다.

도 3은 라만 스펙트럼 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 라만 스펙트럼 측정 장치(300)는 라만 프로브(110), 프로세서(120), 입력부(310), 저장부(320), 통신부(330) 및 출력부(340)를 포함할 수 있다. 여기서 라만 프로브(110) 및 프로세서(120)는 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

입력부(310)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(310)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.

저장부(320)는 라만 스펙트럼 측정 장치(300)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 입력되는 데이터 및 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다.

저장부(320)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 라만 스펙트럼 측정 장치(300)는 인터넷 상에서 저장부(320)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.

통신부(330)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(330)는 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 입력되는 데이터, 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 저장된 데이터 및 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에서 처리된 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 라만 스펙트럼 획득 및/또는 생체 정보 추정에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.

이때, 외부 장치는 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 입력되는 데이터, 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 저장된 데이터 및 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에서 처리된 데이터 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

통신부(330)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.

출력부(340)는 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 입력되는 데이터, 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 저장된 데이터 및 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에서 처리된 데이터 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(340)는 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 입력되는 데이터, 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에 저장된 데이터 및 라만 스펙트럼 측정 장치(300)에서 처리된 데이터 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(340)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.

도 4는 라만 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 4의 라만 스펙트럼 측정 방법은 도 1 또는 도 3의 라만 스펙트럼 측정 장치(100, 300)에 의해 수행될 수 있다.

도 4를 참조하면, 라만 스펙트럼 측정 장치는 라만 프로브 파라미터를 조절할 수 있다(410). 이때, 라만 프로프 파라미터는 라만 프로브의 집광부와 샘플 사이의 간격, 라만 프로브의 집광부의 초점 심도 등을 포함할 수 있다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 조절된 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 설정된 라만 프로브를 이용하여 제1 시점의 샘플의 제1 라만 스펙트럼과 제2 시점의 샘플의 제2 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다(420). 이때 제2 시점은 제1 시점에서 소정의 시간이 경과된 시점일 수 있다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼의 차 스펙트럼을 획득할 수 있다(430). 예컨대, 라만 스펙트럼 측정 장치는 제1 라만 스펙트럼에서 제2 라만 스펙트럼을 감산하거나 제2 라만 스펙트럼에서 제1 라만 스펙트럼을 감산하여 차 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이를 통해 라만 스펙트럼 측정 장치는 분석 대상 이외의 요소에 의한 영향을 제거하는 것이 가능하다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼(예컨대, 포도당 용액 라만 스펙트럼)의 유사도를 판단할 수 있다(440). 일 실시예에 따르면 라만 스펙트럼 측정 장치는 유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 등 다양한 유사도 알고리즘을 이용하여 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도를 판단할 수 있다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 라만 프로브 파라미터 조절 횟수가 설정된 횟수(n)에 도달했는지 판단하고(450), 라만 프로브 파라미터 조절 횟수가 설정된 횟수(n)에 도달하지 못 하였다면, 라만 프로브 파라미터 조절(410), 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼 획득(420), 차 스펙트럼 획득(430) 및 유사도 판단(440)을 반복 수행할 수 있다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 라만 프로브 파라미터 조절 횟수가 설정된 횟수(n)에 도달하였다면(450), 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 라만 프로브 파라미터를 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단할 수 있다(460).

라만 스펙트럼 측정 장치는 판단된 최적의 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 설정된 라만 프로브를 이용하여 생체 정보 추정을 위한 샘플의 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다(470).

한편, 추가적 실시예에 따르면, 라만 스펙트럼 측정 장치는 생체 정보 추정을 위한 샘플의 라만 스펙트럼이 획득되면, 획득된 라만 스펙트럼을 분석하여 샘플의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때 생체 정보는 체내의 분석 물질의 농도이며, 분석 물질은 포도당(glucose), 중성지방(triglyceride), 요소(urea), 요산(uric acid), 젖산(lactate), 단백질(protein), 콜레스테롤(cholesterol), 항산화물질(예컨대, 비타민, 카르티노이드, 플라보노이드, 아스코르브산, 토코페놀 등), 에탄올(ethanol) 등을 포함할 수 있다.

도 5는 라만 스펙트럼 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 5의 라만 스펙트럼 측정 방법은 도 1 또는 도 3의 라만 스펙트럼 측정 장치(100, 300)에 의해 수행될 수 있다.

도 5를 참조하면, 라만 스펙트럼 측정 장치는 라만 프로브 파라미터를 조절할 수 있다(510). 이때, 라만 프로프 파라미터는 라만 프로브의 집광부와 샘플 사이의 간격, 라만 프로브의 집광부의 초점 심도 등을 포함할 수 있다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 조절된 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 설정된 라만 프로브를 이용하여 제1 시점의 샘플의 제1 라만 스펙트럼과 제2 시점의 샘플의 제2 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다(520). 이때 제2 시점은 제1 시점에서 소정의 시간이 경과된 시점일 수 있다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼의 차 스펙트럼을 획득할 수 있다(530). 예컨대, 라만 스펙트럼 측정 장치는 제1 라만 스펙트럼에서 제2 라만 스펙트럼을 감산하거나 제2 라만 스펙트럼에서 제1 라만 스펙트럼을 감산하여 차 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이를 통해 라만 스펙트럼 측정 장치는 분석 대상 이외의 요소에 의한 영향을 제거하는 것이 가능하다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼(예컨대, 포도당 용액 라만 스펙트럼)의 유사도를 판단할 수 있다(540). 일 실시예에 따르면 라만 스펙트럼 측정 장치는 유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 등 다양한 유사도 알고리즘을 이용하여 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도를 판단할 수 있다.

라만 스펙트럼 측정 장치는 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과하는지 여부를 판단하고(550), 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과하면 그때의 라만 프로브 파라미터를 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단할 수 있다(560).

라만 스펙트럼 측정 장치는 판단된 최적의 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 설정된 라만 프로브를 이용하여 생체 정보 추정을 위한 샘플의 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다(570).

라만 스펙트럼 측정 장치는 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값 이하이면, 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과할 때까지 라만 프로브 파라미터 조절(510), 제1 라만 스펙트럼과 제2 라만 스펙트럼 획득(520), 차 스펙트럼 획득(530) 및 유사도 판단(540)을 반복 수행할 수 있다.

한편, 추가적 실시예에 따르면, 라만 스펙트럼 측정 장치는 생체 정보 추정을 위한 샘플의 라만 스펙트럼이 획득되면, 획득된 라만 스펙트럼을 분석하여 샘플의 생체 정보를 추정할 수 있다.

이상의 기술적 내용은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.

100: 라만 스펙트럼 측정 장치
110: 라만 프로브
120: 프로세서

Claims

샘플에 광을 조사하는 광원부와 샘플로부터의 라만 산란광을 수집하는 집광부를 포함하는 라만 프로브; 및
상기 수집된 라만 산란광을 기반으로 상기 샘플의 라만 스펙트럼을 획득하는 프로세서; 를 포함하고,
상기 프로세서는,
라만 프로브 파라미터를 조절하고,
상기 조절된 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 제1 시점의 샘플의 제1 라만 스펙트럼 및 제2 시점의 상기 샘플의 제2 라만 스펙트럼을 획득하고,
상기 획득된 제1 라만 스펙트럼과 상기 획득된 제2 라만 스펙트럼의 차 스펙트럼을 획득하고,
상기 획득된 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도를 판단하고,
상기 판단된 유사도를 기반으로 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하고,
상기 판단된 최적의 라만 프로브 파라미터로 상기 라만 프로브를 설정하여 생체 정보 추정을 위한 상기 샘플의 라만 스펙트럼을 획득하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 라만 프로브 파라미터의 조절, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼의 획득, 상기 차 스펙트럼의 획득 및 상기 유사도 판단을 반복하여 상기 유사도가 최대가 되는 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 판단된 유사도가 소정의 임계값을 초과하는 경우, 상기 조절된 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파리미터로 판단하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제3항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 판단된 유사도가 소정의 임계값 이하인 경우, 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과할 때까지 상기 라만 프로브 파라미터의 조절, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼의 획득, 상기 차 스펙트럼의 획득 및 상기 유사도 판단을 반복 수행하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 라만 프로브 파라미터는,
상기 집광부와 상기 샘플 사이의 간격, 및 상기 집광부의 초점 심도 중 적어도 하나를 포함하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 분석 물질 라만 스펙트럼은 포도당 용액 라만 스펙트럼인,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 유사도를 판단하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 정보는 분석 물질의 농도이고,
상기 분석 물질은 포도당, 중성지방, 요소, 요산, 젖산, 단백질, 콜레스테롤, 항산화물질, 에탄올 중 적어도 하나를 포함하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 라만 프로브는,
상기 집광부에서 수집된 라만 산란광을 파장별로 분리하는 분광부; 및
상기 파장별로 분리된 라만 산란광을 수신하는 광 검출부; 를 더 포함하는,
라만 스펙트럼 측정 장치.
라만 프로브 파라미터를 조절하는 단계;
상기 조절된 라만 프로브 파라미터로 라만 프로브를 설정하고, 제1 시점의 샘플의 제1 라만 스펙트럼 및 제2 시점의 상기 샘플의 제2 라만 스펙트럼을 획득하는 단계;
상기 획득된 제1 라만 스펙트럼과 상기 획득된 제2 라만 스펙트럼의 차 스펙트럼을 획득하는 단계;
상기 획득된 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도를 판단하는 단계;
상기 판단된 유사도를 기반으로 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계; 및
상기 판단된 최적의 라만 프로브 파라미터로 상기 라만 프로브를 설정하여 생체 정보 추정을 위한 상기 샘플의 라만 스펙트럼을 획득하는 단계; 를 포함하는,
라만 스펙트럼 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계는,
상기 라만 프로브 파라미터를 조절하는 단계, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼을 획득하는 단계, 상기 차 스펙트럼을 획득하는 단계 및 상기 유사도를 판단하는 단계를 반복하여 상기 유사도가 최대가 되는 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파라미터로 판단하는,
라만 스펙트럼 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계는,
상기 판단된 유사도가 소정의 임계값을 초과하는 경우, 상기 조절된 라만 프로브 파라미터를 상기 최적의 라만 프로브 파리미터로 판단하는,
라만 스펙트럼 측정 방법.
제12항에 있어서,
상기 최적의 라만 프로브 파라미터를 판단하는 단계는,
상기 판단된 유사도가 소정의 임계값 이하인 경우, 차 스펙트럼과 분석 물질 라만 스펙트럼의 유사도가 소정의 임계값을 초과할 때까지 상기 라만 프로브 파라미터를 조절하는 단계, 상기 제1 및 제2 라만 스펙트럼을 획득하는 단계, 상기 차 스펙트럼을 획득하는 단계 및 상기 유사도를 판단하는 단계를 반복 수행하는 단계; 를 포함하는,
라만 스펙트럼 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 라만 프로브 파라미터는,
상기 라만 프로브의 집광부와 상기 샘플 사이의 간격, 및 상기 집광부의 초점 심도 중 적어도 하나를 포함하는,
라만 스펙트럼 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 분석 물질 라만 스펙트럼은 포도당 용액 라만 스펙트럼인,
라만 스펙트럼 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 유사도를 판단하는 단계는,
유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 유사도를 판단하는,
라만 스펙트럼 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 생체 정보는 분석 물질의 농도이고,
상기 분석 물질은 포도당, 중성지방, 요소, 요산, 젖산, 단백질, 콜레스테롤, 항산화물질, 에탄올 중 적어도 하나를 포함하는,
라만 스펙트럼 측정 방법.