KR101100620B1 - 재현성 향상을 위한 알고리즘을 사용하는 생체 데이터 측정장치 및 생체 데이터 측정방법 - Google Patents

Abstract

재현성 향상을 위한 알고리즘을 사용하는 생체 데이터 측정장치 및 생체 데이터 측정방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 데이터 측정 방법은 측정 초기의 일정구간에서의 평균 변화율을 기초로 반응의 안정화 여부를 판단하여 반응 종료시점을 결정하고, 결정된 반응 종료시점에서 측정한 값에 보정값을 가산하여 최종 측정값을 도출하여 생체 데이터 측정을 수행한다. 이에 의하면 측정 편차를 감소시켜 재현성 및 데이터 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

생체데이터 측정장치, 측정방법, 오차 보정, 재현성 향상

Description

재현성 향상을 위한 알고리즘을 사용하는 생체 데이터 측정장치 및 생체 데이터 측정방법 {Apparatus and method for bio-test with algorithm for improving reproducibility}

본 발명의 일 양상에 따른 기술분야는 생체 데이터 측정에 관한 것이다.

건식 생화학(Dry Chemistry)은 표본을 첨가하는 건조된 효소가 스며든 스트립의 사용을 의미한다. 이 평가방법은 컴퓨터 분석기에 의한 화학반응의 정량적인 분석에 초점을 맞추고 있다.

이 평가방법은 화학 및 생물학적 요인을 제외하고도, 시료 주입량, 시료 주입방법, 온도 등의 환경적인 요인에 의하여 동일 시료에 의한 측정 결과 간에도 편차가 발생하게 된다. 특히, 실험실이 아닌 가정에서 측정이 수행되는 장치의 경우에는 큰 폭의 편차가 발생할 가능성이 크다. 이러한 측정 결과 간의 편차는 측정 결과의 정확도에 대해 의문을 생기게 하므로, 측정 결과의 재현성을 확보하는 방법이 문제된다.

본 발명은 측정 결과 간의 편차를 줄임으로써 재현성을 향상시켜 측정 결과의 신뢰도를 확보하는 것을 목적으로 한다.

일 양상에 따른 생체 데이터를 측정하는 방법은, 측정 초기의 일정구간에서의 평균 변화율을 기초로 반응의 안정화 여부를 판단하여 반응 종료시점을 결정하는 단계와 결정된 반응 종료시점에서 측정한 값에 보정값을 가산하여 최종 측정값을 도출하는 단계를 포함한다.

다른 양상에 따른 생체 데이터 측정 장치는, 스트립이 삽입되는 영역 내에 평면상으로 배치되어 있는 하나 이상의 감지부, 감지부에서 감지된 결과를 기초로 보정 데이터를 생성하는 보정데이터 생성부, 감지부에서 감지된 결과를 기초로 반응 종료시점을 결정하는 반응 종료시점 결정부, 반응 종료시점 결정부에서 결정된 반응 종료시점에 감지부에서 감지된 결과 및 보정데이터 생성부로부터 생성된 보정데이터를 기초로 생체 데이터를 측정하는 생체 데이터 측정부 및 보정된 생체 데이터를 외부로 출력하는 출력부를 포함한다.

본 발명에 따른 생체 데이터 측정방법은 반응 속도에 따라 합리적인 반응 종료시점을 결정하고 보정값을 결정함으로써, 측정 편차를 감소시켜 재현성 및 데이터 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 데이터 측정장치 및 측정 스트립의 개관도이다. 도 1을 참조하면, 도시된 측정 스트립(300)은 혈액의 중성지방이나 콜레스테롤의 양 등의 생체 데이터를 측정할 수 있는 복수개의 반응부를 포함하는 부분(331-1, 331-2, 331-3)을 포함하고 있다. 반응부를 포함하는 부분(331-1, 331-2, 331-3)은 위치에 따라 측정하는 데이터가 다르다. 측정 스트립(300) 상부에는 스트립 삽입 영역(130)의 홈과 맞물려 삽입 후 고정이 용이하도록 돌기를 포함하고 있다. 생체 데이터 측정장치(100)는 전원버튼, 스트립 삽입 영역(130), 표시부(180)을 포함한다. 스트립 삽입 영역(130)의 가장자리는 안쪽에 홈이 파여 있는 구조로 되어있어 측정 스트립의 삽입 및 고정이 용이하다. 또한, 스트립 삽입 영역(130)은 중앙부에 상호 이격 배치되어 있는 복수개의 감지부를 포함한다. 복수개의 감지부(110)는 측정 스트립(300)상의 반응부를 포함하는 영역(331-1, 331-2, 331-3)과 일대일로 대응되고, 측정 유형에 따라 전부 또는 일부가 활성화되어 측정 스트립의 반응부를 포함하는 부분(331-1, 331-2, 331-3)을 감지한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 생체 데이터 측정장치(100)에 탑재되어 복수개의 감지부(110)에서 감지한 측정 스트립의 반응부의 반사도를 토대로 생체 데이터의 측정을 수행한다. 보다 구체적으로, 스트립의 반응부가 포함된 영역의 상부에 혈액이 투여되면 반응부안의 효소와 투여된 혈액과 화학반응이 발생한 다. 이 때, 초기에 흰색인 반응부가 흰색이 아닌 다른색으로 변하게 되고, 변색된 반응부의 반사도를 복수개의 감지부(110)에서 감지하여 생체 데이터 측정부에서 반사도를 토대로 생체 데이터를 생성하게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 총 콜레스테롤과 효소의 시간에 따른 화학반응 특성을 도시한 그래프이다. 도 2에서 그래프의 가로축은 반응 시간을 의미하고, 세로축은 반응부의 반사도를 측정한 값(이하 "K/S 값"라고 칭함.)을 의미한다. 도 2를 참조하면, 총 콜레스테롤과 효소의 화학 반응은 반응 초기의 50초동안, 즉 활성영역동안 활발하게 이루어지고, 그 이후에는 반응이 거의 일어나지 않는 것을 알 수 있다.

여기서 반응 초기의 일정 구간에서의 평균 K/S 변화량을 A-value라고 한다. A-value를 구하는 구간의 시작점 및 종료점은 측정 유형에 따라서 달라질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 총 콜레스테롤을 측정하는 경우 A-value는 15초와 30초 사이의 평균 K/S의 변화량이 되고, 수학식 1에 의해서 그 값이 결정된다.

본 발명의 일 실시예에 따라 반응 종료시점은 A-value를 이용하여 결정된다. 반응 종료시점은 수학식 2에 의하여 결정된다.

수학식 2에 의하면, 임의의 a초에서의 5초간 평균변화율이 (A-value*0.3) 보다 작아지면 반응이 종료된 것으로 보고 그때의 a초를 반응 종료시점으로 결정한다. A-value의 배수가 되는 0.3은 측정 종료시점을 정하기 위한 결정상수이다. 결정상수는 측정 유형에 의해서 결정된다. 일 실시예에 따르면, 측정 상수는 0.001에서 0.5 사이에서 결정되고, 총 콜레스테롤의 측정의 경우 결정상수는 실험적으로 0.3으로 결정되었다.

일반적으로, 온도는 반응속도에 큰 영향을 미친다. 온도가 높아지면 효소반응이 활발해져서 반응속도가 빨라지고, 온도가 낮아지면, 효소반응이 둔화되어 반응속도가 느려진다. 반응 속도가 빠르면 반응 종료시점에 빠르게 도달하게 되고, 반대로 반응속도가 느리면 반응 종료시점에 느리게 도달한다. A-value는 반응 초기의 활성영역에서의 평균변화율이므로, 이는 특정 조건에서의 효소의 반응 속도를 나타내는 지표가 된다. 따라서, 수학식 2에서 A-value를 이용하여 반응 종료시점을 결정하는 것은 온도와 같은 반응조건을 반영하여 합리적인 측정 시점을 결정하는 것이 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동일 혈액에 의한 반응 초기의 일정구간에서의 평균 변화량과 데이터 에러율와의 상관관계를 도시한 그래프이다. 일 실시예에 따라, 동일 혈액을 가지고 총 콜레스테롤을 측정하는 실험을 반복적으로 행하 고, A-value와 측정된 데이터의 평균값과 측정값의 편차에 관한 그래프를 도시할 수 있다. 이를 통해 반응 종료시점에 발생하는 편차는 A-value와 양의 상관관계를 가지는 것을 알 수 있다. 이는 측정된 결과값은 보정이 가능하다는 것을 의미하고, 아울러 반응 초기의 결과값을 이용하여 보정하는 것이 효과적이라는 것도 의미한다. 일 실시예에 따라, 최종 측정값은 수학식 3에 의해 결정될 수 있다

수학식 3에 의하면, 최종측정값은 반응 종료시점의 K/S값에서 보정데이터를 가산한 값으로 한다. 보정데이터는 수학식 1의 분자의 음수에 해당하고, 측정 유형에 의하여 결정된다. 일 예로, 총 콜레스테롤을 측정하는 경우 보정데이터는 수학식 3에서 보는 바와 같이 15초와 30초 사이의 K/S의 차이에 해당한다. 전술한 바와 같이, 온도 및 시료주입량과 같은 반응 조건은 반응속도에 영향을 미치고, 이는 반응 초기의 K/S값의 변화량으로 나타나게 된다. 또한 반응 초기의 K/S 변화량은 전체 반응에 큰 영향을 미치므로 이를 이용하여 최종 측정값을 산정하면 동일 시료 사이의 편차를 효과적으로 줄일 수 있고, 재현성을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 데이터 측정 장치의 개략적인 구성 블럭도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 생체 데이터 측정장치는 하나 이상의 감지부(410), 데이터 처리부(420) 및 출력부(480)을 포함하고 있고, 데이터 처리부(420)는 생체 데이터 측정부(440), 반응 종료시점 결정부(460) 및 생체 데이터 보정부(470)을 포함한다.

보다 상세하게, 하나 이상의 감지부(410)는 감지부에 대응하는 스트립상의 영역을 감지한다. 하나 이상의 감지부(410)는 감지부에 대응하는 스트립상의 영역의 반사도를 측정하는 방식으로 구현되며, 발광부와 수광부를 포함하여 구현될 수 있다. 감지부의 발광부는 빛을 발생시키는 엘이디(LED)와 구동회로로 구성될 수있다. 또한, 수광부는 빛을 흡수하는 포토 다이오드를 포함하는 형태로 구현될 수 있으며, 스트립상의 대응영역에서 반사된 빛을 수신하고 수신된 빛의 양을 K/S값으로 변환하여 생체 데이터 측정부(440), 보정데이터 생성부(470) 및 반응 종료시점 결정부(460)로 전송한다.

반응 종료시점 결정부(460)는 감지부에서 감지한 결과를 기초로 반응 종료시점을 결정한다. 일 실시예에 따라, 감지부에서 감지한 K/S값은 반응 종료시점 결정부로 계속적으로 입력되고, 반응 종료시점 결정부(460)는 이 중 반응 초기의 15초에서 30초간의 평균변화율을 A-value로 결정한다. 또한 반응 종료시점 결정부(460)는 전술한 수학식 2에 의해 반응 종료시점을 결정한다. 임의의 a초에서의 5초간 평균변화율이 (A-value*0.3)과 같아지면 그 시점에 반응이 종료된 것으로 보고 그때의 a초를 반응 종료시점으로 결정한다. A-value의 배수가 되는 0.3은 측정 종료시점을 정하기 위한 결정상수이다. 결정상수는 측정 유형에 의해서 결정된다. 일 예로, 총 콜레스테롤의 측정의 경우 결정상수는 실험적으로 0.3으로 결정되었다.

보정데이터 생성부(470)는 감지부에서 감지한 결과를 기초로 보정 데이터를 생성한다. 일 실시예에 따라, 보정데이터 생성부(470)는 전술한 수학식 1의 분자의 음수를 보정데이터로 생성한다. 보정 데이터를 생성하는 구간은 측정 유형에 의해 결정된다. 일 예로, 총 콜레스테롤을 측정하는 경우 보정데이터는 수학식 3에서 보는 바와 같이 15초와 30초 사이의 K/S의 차이에 해당한다.

생체 데이터 측정부(440)는 반응 종료시점에 감지부에서 감지된 데이터 및 보정데이터를 기초로 생체 데이터를 측정한다. 일 실시예에 따라, 생체데이터 측정부(440)는 수학식 3에 의해 최종 측정값을 결정한다. 구체적으로, 평균변화율이 (A-value*0.3)보다 같거나 작아지는 시점에 감지부에서 감지한 K/S값과 보정데이터 결정부(470)에서 생성한 보정데이터, 즉 15초에서 30초 사이의 K/S값의 차이의 음수값을 더하여 최종 측정값을 결정한다. 전술한 바와 같이 보정데이터는 측정 유형에 따라 달라질 수 있다. 최종 측정값은 측정유형에 따른 생체 데이터로 변환된다.

측정한 생체 데이터는 출력부(480)에 의해 외부로 출력된다. 출력부(480)는 일 실시예에 있어서 액정 디스플레이 혹은 7-세그먼트 디스플레이가 될 수 있다. 또다른 예에 있어서, 출력부(480)는 측정값을 음성으로 출력하는 음성 합성 및 축력부 일 수 있다. 또다른 예에 있어서, 출력부(480)는 휴대폰 등의 외부기기로 측정값을 출력하는 USB 등의 인터페이스 일 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.

도 1은 생체 데이터 측정장치 및 측정 스트립의 개관도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 총 콜레스테롤의 반응을 도시한 그래프,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동일 혈액에 의한 반응 초기의 일정구간에서의 평균 변화량과 데이터 에러율와의 상관관계를 도시한 그래프,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 데이터 측정 장치의 개략적인 구성 블럭도이다.

Claims (14)

1. 생화학적 반응에 의해 생체 데이터를 측정하는 방법으로서,

   측정 초기의 일정 시간구간에서의 측정값의 평균 변화율을 기초로 생화학적 반응이 안정화되는 반응 종료시점을 결정하는 단계; 및

   상기 결정된 반응 종료시점에서 측정한 값에 보정값을 가산하여 최종 측정값을 산출하는 단계를 포함하며,

   상기 생화학적 반응은 효소 반응인, 생체 데이터 측정 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 반응 종료시점은 그 근방에서의 측정값의 평균 변화율이 상기 측정 초기의 일정 시간구간에서의 측정값의 평균 변화율에 결정상수를 곱한 값보다 같거나 작은 값이 되는 시점인, 생체 데이터 측정 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 결정상수는 0.001과 0.5 사이의 값인, 생체 데이터 측정 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 보정값은 상기 측정 초기의 일정 시간구간의 시작점에서의 측정값과 끝점에서의 측정값의 차인 것을 특징으로 하는, 생체 데이터 측정 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 측정 초기의 일정 시간구간은 측정할 생체 데이터의 종류에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는, 생체 데이터 측정 방법.
7. 측정 스트립을 삽입하여 생체 데이터를 측정하는 생체 데이터 측정 장치로서,

   측정 스트립이 삽입되는 영역 내에 평면상으로 배치되어 있는 하나 이상의 감지부와,

   상기 감지부에서 감지된 데이터를 기초로 해서 측정 초기의 일정 시간구간에서의 측정 데이터 값의 평균 변화율을 산출하고, 이 산출된 평균 변화율을 기초로 해서 생화학적 반응이 안정화되는 반응 종료시점을 결정하는 반응 종료시점 결정부와,

   상기 감지부에서 감지된 데이터를 기초로 해서 보정 데이터 값을 생성하는 보정 데이터 생성부와,

   상기 결정된 반응 종료시점에서 상기 감지부에서 감지된 데이터 값 및 상기 생성된 보정 데이터 값을 기초로 해서 최종 생체 데이터 값을 산출하는 생체 데이터 측정부를 포함하는, 생체 데이터 측정 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   콜레스테롤 값을 측정하는, 생체 데이터 측정 장치.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 반응 종료시점 결정부는 그 근방에서의 측정 데이터 값의 평균 변화율이 상기 측정 초기의 일정 시간구간에서의 측정 데이터 값의 평균 변화율에 결정상수를 곱한 값보다 작거나 같은 값이 되는 시점을 반응 종료시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는, 생체 데이터 측정 장치.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 보정데이터 생성부는 상기 생성된 보정 데이터 값을 상기 측정 초기의 일정 시간구간의 시작점에서의 측정 데이터 값과 끝점에서의 측정 데이터 값 간의 차로 결정하는 것을 특징으로 하는, 생체 데이터 측정 장치.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 측정 초기의 일정 시간 구간은 측정할 생체 데이터의 종류에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는, 생체 데이터 측정 장치.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 측정 초기의 일정 시간 구간은 반응이 시작된 이후 15 초 내지 30 초인, 생체 데이터 측정 장치.
13. 제 7 항에 있어서,

    상기 산출된 최종 생체 데이터 값을 외부로 출력하는 출력부를 더 포함하는, 생체 데이터 측정 장치.
14. 삭제

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