KR20100075553A

KR20100075553A - 생체 조직으로부터 분광 시험 신호를 수집하는 방법 및 측정 장치

Info

Publication number: KR20100075553A
Application number: KR1020107009108A
Authority: KR
Inventors: 홀거 정만; 마이클 쉬에트젤
Original assignee: 엠비알 옵티컬 시스템즈 지엠비에치 & 코. 케이지; 홀거 정만; 마이클 쉬에트젤
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-07-02
Also published as: US20100298715A1; DE102008049078A1; EP2198270A1; JP2011506915A; WO2009043554A1

Abstract

본 발명은 생체 조직으로부터 분광 검사 신호를 수집하는 방법 및 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 분광 측정 시에, 종래의 기록 방법에 비해 보다 이해하기 쉬운 데이터를 제공하는 시험 결과를 생성할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은, 분광 검사 신호를 생성하는 방법으로서, 검사할 생체 조직 영역(G)로 빛(L)이 주사되고, 검사할 상기 조직 영역으로부터 방출되는 반사광(R)이 분광계 장치로 제공되고, 반사광의 강도를 파장과 연관시킴으로써 분광계 장치에 의해 반사광의 강도를 나타내는 검사 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법에 의하여 달성된다. 이러한 측정은 소정 주기의 시간(T) 동안 이루어지고, 이 시간 동안 분해된 파장의 강도의 시간 추이를 나타내는 데이터가 생성됨으로써, 분광 측정 시에 특정 물질 예컨대, 혈액 구성요소인 콜레스테롤이나 당분과 같은 특정 물질을 검사하는 조직 영역의 특정 영역과 연관될 수 있도록 하는 신호를 유용한 방식으로 생성할 수 있도록 한다.

Description

생체 조직으로부터 분광 시험 신호를 수집하는 방법 및 측정 장치{METHOD AND MEASURING INSTRUMENT FOR COLLECTING SPECTROMETRIC TEST SIGNALS FROM LIVING TISSUE}

본 발명은 생체 조직(living tissue)으로부터 분광 시험 신호(spectrometric test signals)를 수집하는 방법 및 측정 장치에 관한 것이다.

생체 조직을 분석하는 측정 방법으로서, 이동가능형 분광계(mobile spectrometer)를 해당 조직 영역(tissue area)에 적용하고 이러한 이동형 분광계에 의하여 조직으로부터 방출되는 반사광의 스펙트럼(spectrum)을 기록하여 생체 조직을 분석하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법에 의해 기록된 스펙트럼을 이용하여 검사하는 조직 영역에 존재하는 여러 가지의 물질을 검출할 수 있다.

본 발명의 목적은, 분광 측정(spectrometric measurement)에 의해 전술한 바와 같은 종래의 기록 방법의 경우에 비하여 보다 이해하기 쉬운(comprehensive) 데이터를 제공할 수 있는 시험 결과를 생성할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적은, 다음과 같은 본 발명에 의한 방법에 의하여 달성된다. 즉, 분광 측정 신호를 생성하는 방법으로서,

- 검사할 생체 조직 영역으로 빛이 결합되고,

- 검사할 조직 영역으로부터 방출되는 반사광이 분광계 장치로 유도되고,

- 상기 분광계 장치에 의하여, 파장과 연관된 반사광의 강도를 나타내는 검사 신호가 생성되고,

- 이러한 측정은 시간 간격(T)에 걸쳐서 이루어지고 상기 시간 간격(T) 동안 분해된 파장의 강도의 시간 히스토리를 나타내는 데이터가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법에 의하여 달성된다.

이에 의하여, 분광계 장치를 이용하여 검사할 조직 영역의 특정 위치와 특정 물질(substances)을 연관할 수 있도록 하는 신호를 유용하게 생성할 수 있다.

본 발명에 의한 개념에 기초하면, 기록된 스펙트럼에 나타나는 어떤 물질이 혈관 운동(vasomotion)에 의한 것인지 또는 생체 과정(vital processes)에 의한 기타 다른 효과에 의한 것인지를 확인할 수 있다. 이러한 물질들은 스펙트럼의 시퀀스에 의해 기록된 동적 프로파일(kinematic profile)을 통해 서브시스템(subsystem)과 연관될 수 있다. 특히, 본 발명에 의한 개념에 의하면, 어떤 물질이 혈류(bloodstream) 내에 포함되어 있는지 또한 어떤 물질이 혈류를 둘러싼 조직 시스템(tissue system) 내에 실질적으로 정적으로(statically) 포함되어 있는지를 확인할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 분광 분해된 파장을 강도(intensity)의 시간 추이(time course)에 대한 데이터와 연관시킴으로써 스펙트럼의 시간 추이를 나타내는 데이터가 기록된다. 이러한 기록은, 스펙트럼을 기록하기 위하여 데이터 필드(data field)가 설정됨으로써 이루어지는데, 상기 데이터 필드는, 모든 분해 파장값에 대한 데이터로서, 강도의 시간 추이, 특히 강도 동적 특성(intensity dynamics)를 설명하는 데이터를 포함한다. 이 강도 동적 특성에 대한 데이터는 특히 FFT 파라미터(parameters)의 일련의 구성 요소로서 저장될 수 있다.

이와 같이 기록된 동적 특성(dynamic characteristic)에 기초하여 전체 스펙트럼(summation spectrum)에 포함된 각 스펙트럼 및 이로부터 특징지워지는 물질들과 특정 조직(tissue), 모세관(capillary) 또는 유체 시스템(fluid system)과의 연관(association)이 이루어질 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하여 생성된 동적 특성에 기초하여, 혈류(bloodstream) 내에 물질이 존재하는지를 확인할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명에 의해 확인된 또한 전체 스펙트럼의 일시적인 변화에 기초한 동적 특성을 이용하여 물질 농도(substance concetration)의 계산을 수행할 수 있다. 이러한 물질 농도는, 반사광 스펙트럼 전체에 대해 검출된 물질의 전체 농도는 단일 조직 시스템, 특히 조직, 모세관 또는 유체 시스템 내에서의 이 물질의 부분 농도(partial concentraion)에 기인한다는 점을 고려하는 것에 기초하여 계산될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 반사광 스펙트럼의 일시적 변화에 대해 생성되는 동적 특성은 또한 평가 방법(evaluation method)의 기초로 사용될 수 있는데, 상기 평가 방법에 의하여 사람의 생리학적 상태(phsiological state)를 설명하거나 대표할 수 있는 평가 결과가 생성된다.

본 발명에 의하면, 분광 측정(spectrometric measurement)에 의해 전술한 바와 같은 종래의 기록 방법의 경우에 비하여 보다 이해하기 쉬운(comprehensive) 데이터를 제공할 수 있는 시험 결과를 생성할 수 있도록 하는 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스펙트럼의 시퀀스를 생성하는 방법과 생체 작용에 의한 스펙트럼의 동적 특성의 변화의 검출을 이용하여 물질을 특정 조직 또는 모세관 시스템과 연관시키기 위한 방법을 설명하기 위한 구성 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 설명한다.

도 1은 분광 시험 신호(spectrometric test signals)를 생성하기 위한 본 발명에 의한 방법을 도식적으로 나타낸 것이다.

본 방법에 의하면, 여기에서는 다이오드로 구성된 광원(light source, 1)에 의하여, 빛(L)이 검사할 조직 영역(tissue area, G)으로 결합된다(coupled). 이 조직 영역(G)으로부터 방출되는 빛(R)은, 여기에서는 일예로서 프리즘(prism)으로 나타낸 분광계 장치(spectrometer device, 2)로 유도된다. 상기 분광계 장치(2)에 의하여 검사할 조직 영역에서 방출되는 빛이 분광 요소(spectral components)로 분리된다. 이러한 분광 요소의 분리에 의해, 파장(λ)과 연관되어(associated) 반사광(R)의 강도(intensity, L)(또는 광밀도(optical density, OD))를 나타내는 검사 신호(test signals, M)가 생성된다. 이러한 검사 신호는 연속적으로 디지털 방식으로 저장된다.

본 발명에 의한 방법은, 시간 간격(lapse, T)에 걸쳐서 측정이 이루어져서, 이 시간 간격(T) 동안 분해된 파장(resolved wavelength)의 강도(intensity)의 시간 추이(time course)를 나타내는 데이터가 생성된다는 점을 특징으로 한다. 여기에 나타낸 측정 방법의 예에서는, 분광계 장치(2)로 유도되는 반사광(R)은 조직 영역(G)의 다양한 영역으로부터의 빛을 포함한다. 특히, 이러한 반사광은, 예컨대 조직 영역(G)의 모세관(capillaries, K)을 통해 흐르는 물질(substances)에 의해 발생하는 분류(分溜)(fraction)을 포함한다. 또한, 반사광(R)은 물질의 존재의 특별한 동적 변화가 발생하지 않은 조직 영역의 영역(H)으로부터 기인하는 물질의 분광 요소(spectral components)도 포함한다. 모세관(K)을 통해 흐르는 물질에 의해 발생하는 스펙트럼의 강도(intensity)는, 도시한 예에서는 혈관운동(vasomotion)에 의해 발생하는 펄스 패턴(pulse pattern)에 따라 변화한다. 도시한 실시예에서의 이러한 펄스 패턴은 특히, 도시한 바와 같은 특성 곡선(characteristic diagram)에서 650~900 나노미터(nanometer) 범위의 소정의 파 분광 요소(wave spectral components)의 형태로 가시화된다.

본 발명에 의한 개념은, 생체 기계적 효과(vital mechanical effects)에 의해 그 존재가 변동하는 이러한 물질들의 분광 기여도(spectral contribution)를, 전체 스펙트럼(summation spectrum) 안에서 인식하는 데 있다.

이에 의하여 혼탁한 매체(turbid medium)에서의 맥동성 유체(pulsating fluid)의 스펙트럼을 분리(isolate)할 수 있게 된다.

생체 조직, 특히 관류(灌流) 피부(perfused skin)과 같은 경우에는, 정적 상태의 조직의 온도는 맥동성 유체(pulsating fluid)의 온도에 실질적으로 상응하게 된다.

인체가 완전한 침투성(completely permeable)이고 또한 유체가 특징적으로 흡수한다면(absorbs characteristically)(예컨대, 혈액 등), 흡수 변화(absorption changes)에 의한 분광학적 방법을 이용하여 맥동성 전류(pulsating current)를 측정할 수 있다. 바람직하게는, 강도(intensity)의 시간 히스토리(time history)의 기록은, 적어도 5군데의 측정 지점(measuring points)에서의 각각의 시간 간격(interval)에 대한 평가-관련 생체 운동 효과(evaluation-relevant vital kinematic effect)를 지지하는 해상도(resolution)에 의해 이루어진다.

여러 가지의 파장을 측정하는 경우라면, 서로 다른 파장에서의 서로 다른 흡수(absorption)에 따라 서로 다른 펄스 진폭(pulse amplitude)을 얻게 된다. 진폭 차(amplitude difference)를 파장과 연관시키면, 맥동성 유체(pulsating fluid)의 스펙트럼을 얻게 된다. 이러한 차 스펙트럼(difference spectrum)은 주변의 물질(ambient substances)에 의해 방해되지 않는다. 유체의 스펙트럼을 알게 되면, 알려진 스펙트럼과 비교한 흡수 변화(absorption change)에 기초하여 혼합된 물질(mixed substances)을 검출할 수 있다.

본 발명에 의한 개념에 기초하면, 특히 콜레스테롤(cholesterol), 당분(sugar) 등과 같은 혈액 구성 요소(blood components)를 광학적으로 신뢰성 있게 인식할 수 있다.

1...광원,
2...분광계 장치,
G...조직 영역,
H...동적 변화가 발생하지 않은 조직 영역의 영역,
K...모세관,
L...빛,
M...검사 신호,
R...반사광,
T...시간 간격.

Claims

분광 시험 신호를 생성하는 방법에 있어서,
검사할 생체 조직 영역으로 빛이 결합되고,
검사할 조직 영역으로부터 방출되는 반사광이 분광계 장치로 유도되고,
상기 분광계 장치에 의해 파장과 연관된 반사광의 강도를 나타내는 시험 신호가 생성되고,
상기 측정은 시간 간격(T)에 걸쳐서 이루어지고, 상기 시간 간격(T) 동안 분해된 파장의 강도의 시간 추이를 설명하는 데이터가 생성되는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 시간 간격(T) 동안 복수개의 스펙트럼이 기록되는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
분해된 파장의 강도의 시간 추이를 나타내는 데이터가 파장과 연관되어 저장되는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제3항에 있어서,
스펙트럼을 기록하기 위하여 데이터 필드(data field)가 설정되고, 상기 데이터 필드는 강도 곡선(intensity curve) 또는 강도 동적 특성(intensity dynamics)을 설명하는 모든 분해 파장 값들에 대한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제1항에 있어서,
강도 동적 특성에 대한 데이터가 FFT 파라미터(FFT parameters)로서 저장(deposit)되는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제1항 내지 제5항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
동적 특성(dynamic characteristics)에 의하여, 조직, 모세관 및/또는 유체 시스템과의 스펙트럼의 연관이 이루어지는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제6항에 있어서,
동적 특성에 기초하여, 혈류(bloodstrams) 속에 물질이 존재하는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
동적 특성을 이용하여 물질 농도(substance concentrations)의 계산이 이루어지는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한항에 있어서,
동적 특성을 이용하여 각각의 조직, 모세관, 및/또는 유체 시스템에서의 물질의 농도 계산이 이루어지는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
동적 특성을 평가 방법(evaluation method)의 기초로 사용하고, 상기 평가 방법에 의하여 사람의 생리학적 상태(physiollogical state)를 기술하는 평가 결과가 생성되는 것을 특징으로 하는 분광 시험 신호 생성 방법.
사람의 혈관 운동의 상태(vasomotoric state)를 나타내는 신호를 생성하는 방법으로서,
빛이 조직 영역에 결합되고, 조직 영역에서 방출되는 빛이 분광 분리되고, 특정 파장의 강도의 시간 추이에 의하여 사람의 혈관 운동의 상태를 대표하는 평가 결과가 생성되는 것을 특징으로 하는 신호 생성 방법.
저장 장치(storage devie)와 평가 회로(evaluation circuit)을 구비하는 이동 가능형 분광계(mobile spectrometer)로서,
상기 분광계에 의하여,
- 검사할 조직 영역으로 빛이 유도되고,
- 검사할 조직 영역으로부터 방출되는 반사광이 분광계로 유도되고,
- 상기 분광계에 의하여 파장과 연관된 반사광의 강도를 나타내는 검사 신호가 생성되고,
- 상기 측정은 시간 간격(T)에 걸쳐서 이루어지고, 상기 시간 간격(T) 동안 분해 파장의 강도의 시간 추이를 설명하는 데이터가 생성되도록 하는 측정이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 분광계.