KR20090086202A - 3개 다이오드 광학 브리지 시스템 - Google Patents

Abstract

샘플을 통해 흐르는 유체 내에 용해된 대상 분석물의 농도를 비침습적으로 측정하는 개선된 방법이 제공된다. 이 방법은 다른 파장들의 시간 다중화된 성분으로 이루어진, 전자기 방사의 프로브빔을 샘플을 통해 지향시키는 단계로서, 시간 다중화된 성분들 중 적어도 하나는 2개의 다른 동시적 파장으로 이루어지고, 그 강도 관계는 그들 결합의 유효 파장을 규정하는 상기 단계, 및 서로 다른 샘플 상태들에서, 상기 시간 다중화된 성분들의 방사 흡수의 차를 측정하는 단계를 포함한다. 샘플 상태의 변화 동안, 샘플 내에서 대상 분석물을 담고 있는 유체의 양은 변화하고, 이것은 샘플의 흡수 특성뿐만 아니라 샘플 내의 대상 분석물의 총량을 변화시킨다. 샘플 상태는, 예를 들어, 조직 샘플을 압축하고 비압축함으로써 생성된다. 제시된 방법의 정확성은, 샘플 내에서 대상 분석물을 포함하는 유체의 양을 연속적으로 예측하고, 대상 분석물이 상당히 흡수하는 파장에서의 흡수율 변동을 측정하는 것을 포함함으로써 향상된다. 본 발명은 혈액을 포함하는 조직 내에서 글루코오스와 같은 대상 분석물의 농도를 측정하는데 특히 유용하다. 본 방법을 수행하는 장치도 또한 개시된다.

광학, 브리지, 대상 분석물, 기질, 농도, 혈액, 압축, 비압축, 투과, 파장

Description

3개 다이오드 광학 브리지 시스템{Three diode optical bridge system}

본 출원은 2006년 9월 25일에 출원된 미국 특허 출원 번호 11/526,564호의 계속출원이며 그 이점을 청구하며, 미국 특허 출원 번호 11/526,564호는 2006년 1월 19일 출원된 미국 특허 출원 번호 11/335,833호의 부분 계속 출원이며, 이 11/335,833호는 2002년 4월 26일 출원되고 2006년 2월 21일에 미국 특허 제7,003,337호로 특허된 미국 특허 출원 10/134,310호의 계속출원이다. 이들 출원의 모든 개시 내용은 참조로 본원에 포함된다.

본 발명은 인간 또는 동물의 생체조직과 같이 흡수적이고 혼탁한 기질(absorbing and turbid matrices) 내에서 광 또는 적외선 방사와 같은 전자기 방사를 흡수하는 물질의 농도를 전자기 방사의 프로브빔(probe beam)을 사용하여 비침습(non-invasive) 측정하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 근적외선 방사를 사용한 인간 조직의 글루코오스 측정에 특히 적용할 수 있다. 하지만 본 발명은 강한 흡수성 및 혼탁한 기질에서, 전자기 방사를 흡수하는 모든 종(species)의 농도를 측정하는데 일반적으로 적용할 수 있다.

본 발명은 하준마(Harjunmaa)에게 특허되고 본 출원에 참조로서 포함된 미국 특허 제5,099,123호(이하 '123특허라 함)를 개선한 것이다. '123 특허에 개시된 평 형 차분(balanced differential; 또는 광학 브리지라 함) 방법은 대상 분석물(target analyte) 농도 측정을 위해 2개의 파장을 활용한다. 제1 파장 또는 주 파장은 대상 분석물에서 고도로 흡수되도록 선택된다. 제2 파장 또는 기준 파장은, 배경 기질에서 양 파장(제1 및 제2 파장)이 실질적으로 동일한 흡광 계수(extinction coefficient)를 갖도록 평형 프로세스를 사용하여 선택된다. 적절한 주파수로 이들 양 파장을 번갈아 연속으로 포함하는 방사 빔이 생성된다. 빔이 측정을 위해 적절히 평형되면, 대상 분석물의 잔여량(residual amount)만을 포함하는 샘플 기질에 의해 투과 또는 반사되는 방사를 측정하도록 배치된 샘플 검출기가 방사의 매우 작은 교번(alternating) 성분만을 샘플의 두께와 상관없이 검출한다. 하지만 샘플 기질 내에 상대적으로 충분한 대상 분석물이 존재하면 파장의 교번과 동기한 꽤 많은 교번 신호를 검출한다. 이 교번 신호는 증폭되고 위상 감지 검출기(또는 록인(lock in) 증폭기)를 사용하여 검출된다. 광학 브리지 평형 프로세스는 반복적 방사 주기의 상대 강도 및/또는 파장을 체계적으로 가변하여, 샘플 검출기로부터의 교번 신호를 널아웃(nulling out)하는 것을 수반한다.

계속하여, 본 출원에 참조로서 포함되고 하준마 등에 특허된 미국 특허 제5,178,142호(이하 '142 특허라 함)는 조직과 상호작용하는 2파장 교번 방사 프로브빔을 사용하여 농도 측정을 수행하는 방법 및 장치를 개시한다. 한 파장은 기준 파장으로서 사용되고, 다른 파장은 주 파장으로서 사용된다. 기준 파장은 배경 스펙트럼의 예상되는 가변성을 보상하기 위하여 조정가능하다(tunable). 분석물의 주어진 기준 농도를 갖는 기질을 통과한 후 프로브빔으로부터의 검출된 신호는 두 파장 의 강도 관계 및 기준 파장을 제어함으로써 평형되거나 널링된다. 다음, 샘플의 혈액 함유량(blood content)이 변경된다. 그 후 상호작용된 프로브빔의 교번 성분이 검출된다. 샘플 검출기에 의해 주어진 신호의 교번 성분 진폭은 분석물의 농도 또는 미리 설정된 기준 분석물 농도와의 차이에 비례한다.

다른 연관된 특허에는 미국 특허 제5,112,123; 5,137,023; 5,183,042; 5,277,181; 및 5,372,135가 있고, 이들 모두는 참조로서 본원에 포함된다.

본 발명은 샘플 내 대상 분석물의 농도를 비침습적으로 추정하기 위한 전자기 방사 빔을 생성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 샘플 내 대상 분석물의 농도를 측정하는 공지의 평형 차분, 또는 "광 브리지" 시스템의 개선에 관한 것이다. 본 명세서에서, "광학 브리지"는 하나 이상의 파장 쌍에서 수행되는, 샘플의 매우 작은 흡수 차이의 준-순시적 차분 광학 측정(quasi-simultaneous differential optical measurement)을 위한 장치 및/또는 방법을 의미한다. 본 발명의 일 특징에 따르면 본 발명의 개선된 광학 브리지 방법 및 시스템은 1) 샘플 두께의 변화 동안 및 변화 후 시-계열 측정, 2) 샘플에 유입하는 언바운드(unbound) 유체(예를 들어, 혈액)와 측정의 동기화; 3) 시-계열 측정으로부터 추출된 파라미터를, 샘플 배경 기질 흡수도의 일상 및 장기간 변동을 보상하기 위하여 사용함을 포함한다. 본 발명의 이점은 요구되는 결합 빔(combined beam)을 파장이 조정 가능한 광원 없이도 생성할 수 있는 능력에 있다. 따라서 대상 분석물 농도 추정의 정확도를 개선할 수 있는 더욱 간단한 측정 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 장치는 전자기 방사 빔을 생성하는 소스를 포함한다. 이 빔은 소망하는 좁은 선-폭(desired narrow line-width) 파장들의 시간 다중화된 성분(주 및 기준)으로 구성되고, 예를 들어, 3개 이상의 다이오드 레이저를 사용해 생성된다.

측정 동안, 교번-파장 프로브빔은 압축 장치에 탑재된 샘플을 통과(또는 이로부터 반사)한다. 압축 장치는 측정 동안 샘플의 두께( 및 따라서 샘플의 언바운드 유체 함유량)를 제어가능하게 변경한다. 샘플 검출기는 샘플을 통과한 프로브빔을 수신하도록 위치된다. 다음, 샘플 검출기는 광학 브리지의 하드웨어 구현을 구비한 아날로그 신호 전처리 모듈에 신호를 공급한다. 다음, 출력 광학 브리지 신호는 프로세서에 공급된다. 이 프로세서는 언바운드 유체 내 대상 분석물 농도를 샘플 검출기 신호로부터 추출된 파라미터, 다른 보조 변수 및 시변(time-varying) 신호에 기초하여 계산하도록 프로그램되어 있다.

본 발명의 다른 이점은 기준 파장의 영역 내 샘플 및 결합된 광학 시스템의 상세한 스펙트럼 구조가 평형 프로세스에 영향을 미치지 못한다는 것이다.

대상 분석물 농도의 계산에 사용된 보조 신호 중 하나는 샘플 내 언바운드 유체(예를 들어, 혈액) 함유량의 시변 추정이다. 이 추정은, 예를 들어, 개별 광원으로부터의 광이 샘플을 투과(또는 반사)하는지 측정하는 개별 보조 혈액 신호 검출기에 의해 얻어질 수 있고, 위 개별 광원은 대상 분석물 측정에 사용된 파장과 구별되는 방사를, 바람직하게는 헤모글로빈이 흡광하는 파장에서, 더욱 바람직하게는 헤모글로빈 흡광율이 그 산화 상태(oxidation state)와 독립적인(즉, 등흡광점(isosbestic point))인 파장에서 제공한다. 다른 실시예에서, 레이저 도플러 유량계가 샘플 혈액 함유량의 측정을 얻기 위해서 사용될 수 있다.

기질(예를 들어, 조직) 내 대상 물질(예를 들어, 글루코오스)의 농도를 비침습적으로 측정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 아래의 단계를 포함한다. 첫째, 대상 분석물의 대다수를 담고 있는 언바운드 유체를 가압(force out)하기 위해 샘플은 압축 디바이스에 의해 압축된다. 다음 샘플은 전자기 방사 프로브빔으로 조사된다. 바람직하게는, 빔은 주 주기와 기준 주기를 포함하며, 글루코오스와 같은 대상 분석물은 기준 주기 동안 방사의 유효 파장 보다 주 주기 동안 방사의 유효 파장을 더욱 강하게 흡수한다. 예를 들어, 글루코오스는 대략 1550과 1700 nm 사이에 있는 파장을 강하게 흡수하고, 대략 1350과 1430 nm 사이에 있는 파장을 약하게 흡수할 수 있다.

일 실시예에서, 주 파장은 일반적으로 미리 설정되거나, 또는 각 환자에 대하여 개별적으로 미리 설정된다. 이 실시예에서, 기준 방사는 2개의 개별 파장의 혼합체(mixture)를 포함하며, 샘플 체적으로의 입력시 혼합될 때, 두 성분 방사의 상대 강도의 함수인 유효 파장을 갖는다. 더욱 상세히는, 유효 파장

은

이고, 여기서,

는 파장

에서의 강도이다.

평형 프로세스 동안 강도 관계는 조정된다. 이 평형 프로세스는 측정 전에 수행된다. 평형 프로세스는, 샘플 압축 디바이스에 의해 인가된 선택된 샘플 두께/압력에서 샘플 검출기 신호(즉, 광학 브리지 신호)의 실질상 제로(0)인 교번 성분을 얻기 위하여, 예를 들어, 두개 성분 강도의 합을 일정하게 유지하면서 교번 방사 주기 중 하나의 강도를 조절하는 것을 포함한다. 이 실시예에서, 2개의 고정된 레이저가 일반적으로 고가의 레이저인 조정 가능한 레이저를 대체할 수 있다. 샘플 검출기가 생성한 신호에 교번 성분이 실질적으로 없을 때 광학 브리지는 "평형"이 된다. 적절히(properly) 평형된 광학 브리지는 대상 분석물의 오직 잔여량만을 포함하는 샘플 기질이 균등하게 주 파장과 유효 기준 파장을 흡수함을 의미한다.

측정 순서는 샘플 및 보조 검출기(들)에 의해 얻어진 투과/반사된 프로브빔 파장 성분의 강도에 대한 일련의 개별 측정을 포함한다. 이 일련의 측정은 샘플 두께의 변경 동안 및 이 변경 다음의 후속 샘플 함유량 균형(equilibration) 프로세스에 걸쳐 얻어진다. 이 측정은 샘플의 언바운드 유체 함유량이 변화하는 동안 얻어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 샘플 두께 변화는 심장박동과 동기화된다. 이것의 이점은, 혈액의 유입 속도가 혈압에 의존하기 때문에, 심주기(cardiac cycle)의 일정 위상에서 비압축(uncompression)을 수행하는 것이 실질적으로 일정한 모양의 혈액 보급 시간 프로파일 (blood refill time profile) 생성한다는 것이다. 최대로 가능한 혈액 함유량 변화를 제공하기 위하여 심위상이 선택될 수 있다.

보조 파라미터(예를 들어, 언바운드 유체 함유량, 샘플과 검출기 온도, 샘플 두께 및/또는 전자 제어 시스템 동작 파라미터를 포함함)의 측정은 프로브빔 강도의 측정을 수반한다. 기록된 데이터는 동일 시간에 걸친 시변 언바운드 유체 함유량의 상응하는 추정들과 또한 결합될 수 있다. 모델링에 기초한 알고리즘은, 시계열 프로파일로부터 특성(characteristic) 파라미터를 추출하고, 또한 대상 물질 농도의 추정에서 한정성(specificity)과 감도의 개선을 달성하도록 이들 파라미터를 다른 측정된 파라미터와 결합하기 위하여 사용된다.

본 발명의 방법을 사용하여, 다른 "기생(parasitic)" 인자가 아닌 분석물의 존재로부터 얻어지는 광학 브리지 신호의 성분을 분리하고 정량화함으로써 대상 분석물 측정의 정확성을 개선한다. 더욱 상세하게는, 대상 분석물이 기질의 고정된 구조가 아닌 언바운드 유체 내에 주로 위치하면, 광학 브리지 신호의 크기는 샘플 내 유체의 양에 직접적으로 의존한다. 따라서 샘플의 가변 언바운드 유체 함유량이 추정되고 시간에 걸쳐 광학 브리지 신호의 크기에 대하여 도시되면, 실질적으로 직선인 결과가 얻어지고, 직선의 기울기는, "기생" 신호에 기여하는 다른 인자(샘플 두께의 변화에 기인하는 유효 파장의 천이를 포함함)가 측정 프로세스 동안 상대적으로 일정하게 유지된다고 가정하면, 샘플 내 분석물의 농도에 직접적으로 연관된다.

도1은 대상 분석물의 비침습적 측정하는, 3개 다이오드 광학 브리지 장치를 구비한 시스템의 개략도이다.

앞서 기술한 내용은 본 발명의 예시적 실시예를 더욱 상세히 기재하는 이하의 설명 및 첨부 도면으로부터 명백하게 된다. 첨부 도면에서, 유사한 부분은 유사한 참조 번호가 사용되었고, 도면은 반드시 축척에 맞는 것은 아니며, 본 발명의 실시예를 예시하기 위하여 강조된 부분이 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 대한 설명은 다음과 같다.

본 발명에 따른 방법의 특징 및 다른 상세한 내용은 첨부 도면을 참조하여 상세히 기술되며, 또한 청구항에 명시된다. 본 발명의 특정 실시예는 설명을 목적으로 예시되며 본 발명의 제한으로 예시되는 것은 아니다. 본 발명의 주된 특징은 본 발명의 사상을 이탈하지 않고 다양한 실시예에 채택될 수 있다.

광학 브리지 시스템의 예시적 실시예가 본 명세서에 참조로 포함되고, 또한 공동 소유된 미국 특허 출원 11/335,833호와 미국 특허 제7,003,337호에 기재되어 있다. 혈액을 투과한 광에 근거하여 혈액 내 글루코오스 농도를 측정하는 광학 브리지 장치의 일 실시예가 도 1에 도시된다. 투과된 광 대신에 반사된 광 또는 후방 산란된(back-scattered) 광을 이용하는 유사한 장치가 설계될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 레이저 다이오드와 같은 고정-파장 단색 광원 3개(101,102,103)가 프로브빔(202)을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.

클록 발생기(110)는 혈액-추정 성분뿐만 아니라 프로브빔의 주 및 기준 성분의 시간-다중화에 필요한 소망의 초핑 주파수(fch)에서 타이밍 신호를 생성한다. CPU(104)는 프로브빔(202)의 초핑 주파수(fch), 양 파장

와

, 및 주 강 도(Ip)를 제어하는 신호를 생성한다.

프로브빔은 확산판(70)으로 지향(directed)된다. 샘플 앞의 빔 경로에 확산판을 배치함으로써 샘플의 산란 특성 변동의 효과를 최소화하는 이점을 제공한다. 확산판은 관계된 파장 영역에 걸쳐 확산 특성이 실질적으로 일정한 홀로그래픽(holographic) 타입이 바람직하다. 피실험체의 귓볼, 입술, 볼, 코 격벽, 혀, 또는 손가락이나 발가락 사이의 피부와 같은 샘플 시료(80)가 확산판(70)과 샘플 검출기 렌즈(92) 사이에 배치되고, 압축 기구(400)에 탑재된 측정 헤드(90)의 이동에 의해 압축된다. 샘플(80)을 투과한 프로브빔(203)은 샘플 검출기 렌즈(92)에 의해 집속되고 샘플 검출기(91)에 지향된다. 샘플 검출기(91)는 샘플(80)을 투과한 프로브빔(205)의 파장 주기 각각에서 강도를 검출하고, 전기 신호(302)를 전치 증폭기(26)를 통해 역다중화기(405)에 전송하고, 역다중화기는 혈액 추정 파장 신호를 평형-쌍 신호로부터 분리하며, 후자는 위상 감지 검출기(또는 록인 증폭기; 214)에 공급된다. 위상 감지 검출기(214)로부터의 출력 신호(308)는 샘플 검출기(91)에 의해 검출된 주 강도와 기준 강도의 차이(또는 비율)에 비례한다. 이 신호(308)는 광학 브리지 신호라 불린다.

본 실시예에서, 적외선 또는 가시광 LED와 같은 개별 보조 방사원(44)이 사용되어 샘플 혈액 함유량의 추정을 제공한다. 이 보조 방사원(44)은 혈액 검출빔(204)을 생성하며, 이 빔은 확산판(70)으로 지향되어 샘플 내로 향한다. 예를 들어, 525nm의 파장(헤모글로빈에 대한 등흡광 파장)에서 동작하는 LED는 혈액에 양호한 민감도를 제공한다. 평형-쌍과 혈액 검출 파장이 적절히 시간 다중화되면, 샘 플 검출기(91)는 혈액 검출빔(204) 중 혈액 신호(304)를 생성하는 투과부를 검출하는데 사용될 수 있다.

혈액 함유량의 추정을 얻을 수 있는 다른 가능한 기술에는 초음파 및 전기 임피던스 체적변동기록법(electrical impedance plethysmography)이 있다.

측정을 수행하기 위해, 샘플(80)이 확산판(70)과 샘플 검출기 렌즈(92) 사이에 도입된다. 측정 헤드(90)는 미리 결정된 압력이 샘플(80)에 발휘될 때까지 부드럽게 압축하도록 압축 기구(400)에 의해 이동된다. 압축 기구(400)의 바람직한 실시예는 소형 선형 액추에이터를 포함한다. 압축 기구의 스텝(step) 사이즈, 속도 및 이동 거리는 CPU(104)에 의해 제어된다. 본 실시예는 전기 엑츄에이터를 사용하지만, 압축 기구의 소형화 장점을 보장하는 범위 내에서 수압 또는 공압 엑츄에이터가 또한 사용될 수 있다.

본 상세한 설명에서, 프로브빔 감쇠의 3개 다른 타입은 구별된다. 첫 번째 것은 배경 기질이고, 두 번째 것은 대상 분석물이고, 한편, 세 번째 것은 언바운드 유체 감쇠이다.

고정된 샘플 구획(compartment)을 통해 농도가 거의 일정한 샘플 구성분에 의한 프로브빔(202)의 흡수로부터 배경 기질 감쇄가 나타난다. 대상 분석물 감쇠는 대상 분석물(예를 들어, 글루코오스)이 프로브빔(202)을 흡수하여 유발되며, 이것은 언바운드 유체(예를 들어, 혈액)에 대부분 집중된다. 조직이 충분히 압축되면, 대상 분석물(예를 들어, 글루코오스)과 함께 언바운드 유체가 샘플(80)로부터 상당히 변위된다. 언바운드 유체 내 대상 분석물의 농도가 배경 기질 내의 농도(예를 들어, 세포내 농도)와 다르므로, 대상 분석물의 빔 경로 내 평균 농도는 압축의 결과로서 변화한다. 이 농도 변화에 의해, 본 방법이 대상 분석물을 검출할 수 있다.

프로브빔(202)의 주 파장

는 대상 분석물에 의해 높은 감쇄를 가지도록 선택된다. 주 파장 강도 Ip는 최적으로 투과된 신호 강도(optimal transmitted signal intensity)를 달성하도록 설정된다. 프로브빔의 유효 기준 파장

는 광학 브리지 평형 프로세스 동안 선택된다. 이 파장의 강도

은 이하의 측정 프로세스 서술에 설명된 바와 같이, 각각의 측정 전에 조정되어야 한다.

후술하는 설명에서, 브리지 평형 프로세스의 이해하기 쉬운 예가 제시된다. 당업자는 상이하고 더욱 복잡한 브리지 평형 프로세스가 신호 처리 알고리즘의 상응하는 변동을 수반하여 또한 사용될 수 있음을 안다.

브리지 평형의 제1 단계에서, 언바운드 유체의 많은 양을 샘플 조직으로부터 제거하기 위하여 샘플(80)은 충분히 압축된다. 주 파장 파라미터

와

가 설정되고, 유효 기준 파장

가 초기화된다. 프로브빔(202)은 샘플에 지향되고, 광학 브리지는 실질적으로 0인 광학 브리지 신호(308)를 얻기 위해 프로브빔 기준 파장 강도(

)를 조정하여 평형화 또는 널화(nulled)된다. 다른 실시예에서, 기준 파장 강도

이 설정되고, 반면에 주 파장 강도

가 브리지를 평형화하기 위하여 조정된다. 다음, 샘플 압축 압력이 미리결정된 양만큼(일반적으로 0.1 mm 보 다 작음) 해제(release)되고, 프로브빔 유효 기준 파장

은

과

의 강도비를 CPU(104)로부터의 신호를 사용하여 제어함으로써 조정되어, 실질적으로 0인 광학 브리지 신호(308)를 재차 달성한다. 초기 압축 압력은 샘플(80)을 점차 증가하는 두께(incremental thickness)로 수회 해제한 후에도 샘플로 다시 흐르는 언바운드 유체가 거의 없도록 선택된다. 이 두께 증가에 기인한 광학 브리지 신호(308)의 변화는 증가된 배경 기질 두께로부터만 생기는 것이고, 유체의 임의의 상당한 유입(any substantial influx of fluid)으로부터 생기는 것은 아니다. 다음, 샘플(80)은 다시 일 스텝의 두께만큼 비압축되고, 기준(또는 주) 파장의 강도가 CPU(104)에 의해 다시 조정되어 최소의 광학 브리지 신호가 달성된다.

이러한 단계식 두께 증가 절차는 실질적으로 0인 광학 브리지 신호가 달성될 때까지 계속될 수 있다. 샘플 두께가 증가되면, 절차는 단계식으로 두께를 감소시키는 것을 사용하여 반전될 수 있다. 이 평형 절차가 완료되면, 압축 상태에서 샘플(80)의 흡수 계수는 두개의 파장

와 유효

에서 실질적으로 동일하다.

일 실시예에서, 평형화는 측정 속도를 올리고 샘플에 대한 압축 스트레스(stress)를 감소시키기 위하여 오직 일 사이클로 한정된다.

이것은 광학 브리지 평형 국면(phase)을 완료하며, 이 시점에서 파장들 및 그들의 강도가 확립된다. 기기는 측정을 실시할 준비가 된다. 혈액 내 글루코오스 측정의 일반적인 시퀀스는 도1의 측정 장치를 참조하여, 아래의 설명에 기재된다.

일반적으로, 샘플(80)은 언바운드 유체 함유량을 변위시키기 위해 대략 1 내 지 100 초 동안 압축 상태로 유지된다.

다음, 광학 브리지 출력(308), 혈액 신호(304) 및 위치 센서 출력(312)의 시변 측정을 포함하는 시변 신호의 연속적 측정이 시작된다.

이들 측정이 시작되면, 압축 기구(400)는 CPU(104)에 의해 설정된 양과 속도로 측정 헤드(90)를 열기 시작한다. 헤드 열림 양은 고정되거나(예를 들어, 사람의 귀에 대하여 0.5 mm) 또는 두께에 따를 수 있다(예를 들어, 압축된 샘플 두께의 20%). 이것은 압축 제어를 위한 서브루틴으로부터 접속(365)을 통해 직접 제어된다. 고속의 열림 국면을 목적으로, 대상 분석물을 포함하는 언바운드 유체가 샘플 내로 되돌아가는 것이 허용될 수 있다.

압축 기구의 열림에 의해 샘플 조성에 변화가 일어나고, 이것은 샘플이 주 파장 및 유효 기준 파장에서 다르게 흡수하도록 만든다. 흡수에서의 상대적 변화로부터 0이 아닌(non-zero) 광학 브리지 신호(308)각 얻어진다. 측정은 CPU(104)에 의해 중지될 때까지 계속된다. 전형적으로, 시변 신호 계열은 수백개의 데이터 세트를 포함하고, 이들은 샘플 비압축이 시작된 후 대략 0.1 내지 10 초의 측정 시간 기간에 걸쳐 기록된다.

이것으로 측정 프로세스는 종료하고, 신호 처리가 후속한다.

본 발명의 몇몇 특정 실시예가 기술되었지만, 당업자는 다양한 변경, 수정 및 개선을 쉽게 생각해 낼 수 있다. 본 개시에 의해 자명한 바와 같이, 그러한 변경, 수정 및 개선은 명시적으로 기재되어 있지 않더라도 본 개시의 일부임이 의도되며, 본 발명의 사상과 범위 내에 있음이 의도된다.

예를 들어, 여기에 개시된 본 방법은 조정가능하지 않은 레이저(untunable laser)를 채택한 광학 브리지에 적용되는 것으로 기재되었지만, 본 방법을 필요한 파장의 조합을 포함하는 빔을 생성하도록 발광 다이오드, 초발광 다이오드(superluminescent light emitting diode) 또는 다른 수단을 구비한 광학 브리지와 같이, 다른 광학 브리지의 구현에 또한 적용될 수 있다. 더욱이, 본 방법은 혈액 내 글루코오스의 농도를 측정하는데 초점을 두고 기재되었지만, 본 발명의 방법과 장치는 혈액이나 다른 액체 내의 콜레스테롤, 요소, 중금속, 알코올, 니코틴 또는 약물을 검출하는데 또한 채택될 수 있다. 또한, 180도 위상차로 설정되고 실질적으로 일정한 총 강도(total intensity)가 얻어지는, 구형(square)이 아닌 사인 변조 파형들이 대안적으로 사용되어, 결합된 방사 빔을 형성할 수 있다. 또한, 투과된 방사가 아니라 조직에 의해 반사되거나 후방 산란된 방사의 측정은 소망의 데이터를 얻기 위하여 수행될 수 있다.

따라서 앞서 기술한 내용은 오직 예를 위한 것이고 제한적이지 않다. 본 발명은 후술하는 청구항 및 그에 등가적인 것에 규정된 바와 같이 한정된다.

본 발명은 예시적 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 첨부 청구항에 의해 포함되는 본 발명의 범위를 이탈하지 않고, 형태나 내용의 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 안다.

본 발명은 강한 흡수성 및 혼탁한 기질에서, 전자기 방사를 흡수하는 모든 종(species)의 농도를 측정하는데 일반적으로 적용할 수 있다.

Claims (9)

1. 샘플 기질 내부의 유체 내 대상 분석물 농도를 비침습적으로 측정(non-invasive measurement)하기 위하여 전자기 방사의 빔을 생성하는 방법으로서,

   전자기 방사의 결합된 빔을 샘플에 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 결합된 빔은 다른 파장들을 갖는 적어도 2개의 반복적 방사 주기(at least two repetitive periods of radiation)를 가지고, 상기 대상 분석물은 상기 다른 파장들에 대하여 다른 흡수 계수들을 가지며, 적어도 하나의 방사 주기 동안의 상기 방사는 파장이 다른 적어도 두개 방사의 혼합체(mixture)로 이루어지고, 상기 두 성분 파장의 강도-가중 평균(intensity-weighted mean)과 동일한 유효 파장을 갖는 비침습적 측정을 위한 전자기 방사 빔의 생성 방법.
2. 청구항1에 있어서, 상기 샘플 기질은 생체 조직(biologic tissue)을 포함하고, 상기 유체는 혈액을 포함하는 비침습적 측정을 위한 전자기 방사 빔의 생성 방법.
3. 청구항1에 있어서, 파장 쌍(pair)의 파장들은, 샘플 상태 동안 측정된 파장 주기들 사이에서 상기 검출된 투과 또는 반사의 차가 최소화되도록 선택되는 비침습적 측정을 위한 전자기 방사 빔의 생성 방법.
4. 청구항1에 있어서, 방사 주기들의 강도는 상기 샘플이 제1 샘플 유체 상태에 있을 때 조정되고, 상기 적어도 2개의 반복적 방사 주기의 유효 파장들 중 적어도 하나는 상기 샘플이 상기 제1 상태와 다른 상태에 있을 때 상기 검출된 투과 또는 반사의 차가 최소화되도록 선택되는 비침습적 측정을 위한 전자기 방사 빔의 생성 방법.
5. 청구항1에 있어서, 글루코오스에 의해 강하게 흡수되는 파장은 실질적으로 1550 내지 1700 nm의 영역 내에 있고, 글루코오스에 의해 약하게 흡수되는 파장은 실질적으로 1350 내지 1430 nm의 영역 내에 있는 비침습적 측정을 위한 전자기 방사 빔의 생성 방법.
6. 청구항1에 있어서, 상기 결합된 빔은 3개 이상의 다이오드 레이저에 의해 생성되는 비침습적 측정을 위한 전자기 방사 빔의 생성 방법.
7. 청구항6에 있어서, 적어도 하나의 레이저 다이오드는 제1 방사 주기 동안 주 방사 빔을 생산하고, 적어도 2개의 레이저 다이오드는 제2 방사 주기 동안 유효 파장 빔을 생산하는 비침습적 측정을 위한 전자기 방사 빔의 생성 방법.
8. 샘플 기질 내부의 유체 내 대상 분석물 농도를 비침습적으로 측정하기 위한 시스템으로서,

   전자기 방사의 결합된 빔을 상기 샘플에 지향시키는 전자기 방사의 소스를 포함하고, 상기 결합된 빔은 다른 파장들을 갖는 적어도 2개의 반복적 방사 주기를 가지고, 상기 대상 분석물은 상기 다른 파장들에 대하여 다른 흡수 계수들을 가지며, 적어도 하나의 방사 주기 동안의 상기 방사는 파장이 다른 적어도 두개 방사의 혼합체로 이루어지고, 상기 두 성분 파장의 강도-가중 평균과 동일한 유효 파장을 갖는 비침습적 측정하기 위한 시스템.
9. 청구항8에 있어서, 상기 전자기 방사의 소스는 3개 이상의 레이저 다이오드를 포함하는 비침습적 측정하기 위한 시스템.

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