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KR20030066335A - 이식된 센서 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

이식된 센서 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20030066335A
KR20030066335A KR1020027017908A KR20027017908A KR20030066335A KR 20030066335 A KR20030066335 A KR 20030066335A KR 1020027017908 A KR1020027017908 A KR 1020027017908A KR 20027017908 A KR20027017908 A KR 20027017908A KR 20030066335 A KR20030066335 A KR 20030066335A
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coil
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radiation
analyte
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제페리 씨 레쇼
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센서즈 포 메드슨 앤드 사이언스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 따른 정량 측정 시스템은 신체 내부에서와 같이 정량적인 피분석물의 측정을 성취하기 위하여 제공되는 외부 장치부(101)와 내부 장치부(102)를 포함하여 이루어진다. 상기 시스템의 응용에 따른 일 실시예에서, 내부 장치부(102)는 피하 또는 피실험체의 몸체 내에 이식될 수 있다. 내부 장치부(102)는 형광 감지소자로 구성될 수 있는 구성 요소인 광전자 회로(102b)를 포함한다. 광전자 회로(102b)는 정량 측정 정보를 획득하고 획득한 정보의 함수로써 부하(102c)를 수정한다. 부하(102c)는 외부 장치부(101)의 코일(101f)에 연결된 코일(102d)을 통해 전류량을 차례로 변화시킨다. 복조기(101b)는 코일(101f)에 연결되어 있는 코일(102d)에 의해 상기 코일(101f)에 유도된 전류 변화를 감지하며, 상기 신호를 컴퓨터(101e)로 입력하기 위하여 컴퓨터가 판독가능한 포맷으로 처리하기 위한, 펄스 계수기(101c)와 컴퓨터 인터페이스(101d)와 같은 처리 회로로 감지된 신호를 인가한다.

Description

이식된 센서 처리 시스템 및 방법{IMPLANTED SENSOR PROCESSING SYSTEM AND METHOD}
레퍼런스로 포함되는 미국 특허 번호 제 5,517,313호에는, 형광 지시자 분자를 포함하는 매트릭스(이하, "형광 매트릭스"라 함)의 층배열과, 고역 필터와, 광검파기를 포함하여 이루어진 형광 감지 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서, 광원 바람직하게는 발광 다이오드(light-emitting diode: LED)는 지시자 물질(indicator material) 내에 적어도 부분적으로 위치하고 있어서, 광원으로부터의 입사광이 지시자 분자들이 형광하도록 한다. 고역 필터는 상기 광원으로부터의 산란된 입사광을 필터링하면서 방출된 광이 광검파기에 도달되도록 한다. 피분석물(analyte)은 형광 매트릭스를 투과할 수 있으며 존재하는 피분석물의 양에 비례하여 지시자 물질의 형광 특성을 변화시킨다. 형광 방출은 광검파기에 의해 감지되고 측정됨으로써, 관심있는 환경 내에 존재하는 피분석물의 양 또는 농도의 측정을 제공한다.
상기 미국 특허 번호 제 5,517,313호에서 개시된 형태의 센서 장치에 있어서 하나의 유용한 응용은 신체 예를 들어 피하, 정맥 또는 다른 곳에 상기 장치를 이식하여 피분석물에 대한 순시 측정을 원하는 시간에 할 수 있도록 하는 것이다. 예를 들어, 마취 상태에 있는 환자의 혈액 내의 산소 농도를 측정하는 것이 바람직하다.
획득한 측정 정보를 사용하기 위하여, 측정정보는 감지 장치로부터 검색되어야만 한다. 신체 내에 이식된 센서 장치의 크기 및 접근의 제약으로 인하여, 데이터 전송 회로 및/또는 전원 공급 장치를 상기 감지 장치에 제공하는 데 어려운 점이 있다. 따라서, 신체 내에 이식되는 센서 장치의 향상 및 이식된 센서 장치로부터 데이터를 검색하기 위한 향상된 시스템에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 예를 들어 인간 신체와 같은 액체 또는 기체 매질에서 피분석물의 존재여부 또는 농도를 감지하는 이식된 센서 장치의 출력을 처리하기 위한 회로 및 방법에 관한 것으로써, 특히 형광 지시자의 형광 세기의 함수로써 피분석물 농도를 표시하는 이식된 형광 센서의 출력을 처리하기 위한 회로 및 방법에 관한 것이다. 이식된 형광 센서는 수동 소자이며 전원을 가지고 있지 않다. 처리 회로는 처리 회로에 의해 방출되는 유도 결합 RF 에너지를 통하여 상기 센서에 전원을 공급한다. 상기 처리 회로는 처리 회로 상의 부하에서의 변화로써 이식된 센서로부터 정보를 수신한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내부 센서 장치부를 보여주는 개략도이다.
도 3 및 도 4는 센서 장치 회로에서 다양한 지점에서의 신호 파형을 보여주는 파형도이다.
도 5A 내지 도 5E는 외부 데이터 수신부에 의해 생성되는 신호들을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 이식가능한 형광 기반 센서를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 형광 기반 센서를 보여주는 개략도로써, 센서의 도파관 특성을 보여주는 도면이다.
도 8은 센서의 몸체 내에서의 반사 및 센서/조직 경계층의 바람직한 구조를보여주는 도 6에서 원으로 표시된 부분을 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 내부 센서 장치부를 보여주는 개략도이다.
도 10은 검출기 회로의 동작 사이클을 수행할 때 도 9에 도시된 비교기의 다양한 입출력단의 전압 레벨을 보여주는 타이밍도이다.
본 발명은 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는 센서부를 위한 전원 공급 장치의 일부분을 형성하는 제1 코일과, 상기 제1 코일에 연결된 부하와, 센서 회로가 획득한 센서 측정 정보에 따라 상기 부하를 수정하기 위한 센서 회로를 구비하는, 정량 피분석물 측정을 하기 위한 내부 센서부;상기 제1 코일로부터 소정의 가까운 거리 내에 위치하고 있는 상기 제2 코일 상에 상기 제1 코일과 상호 유도 결합된 제2 코일과, 상기 제2 코일을 구동시켜 상기 제1 코일에 충전 전류를 유도하는 오실레이터와, 상기 내부 센서 장치부의 상기 부하로의 변화에 의해 유도된 상기 제2 코일 상의 부하 변화를 감지하기 위한 감지부를 구비하는 외부 장치부; 및 상기 정보 신호들을 수신하여 처리하기 위한 프로세서를 포함하여 이루어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이식된 형광 센서 처리 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상기 시스템은 외부 장치부(101)와 내부 장치부(102)를 포함하여 이루어진다. 상기 시스템의 응용에 대한 일 실시예에서, 내부 장치부(102)는 피하 또는 피실험체의 몸체 내에 이식될 수 있다. 내부 장치부(102)는 도 6 내지 도 8에서 더 자세히 설명할 형광 감지소자로 구비될 수 있는 소자인 광전자(optoelectronics) 회로(102b)를 포함한다. 광전자 회로(102b)는 정량 측정 정보(quantitative measurement information)를 획득하고 획득한 정보의 함수로써 부하(102c)를 수정한다. 부하(102c)는 외부 장치부(101)의 코일(101f)에 연결된 코일(102d)을 통해 전류량을 차례로 변화시킨다. 진폭 변조(amplitude modulation: AM) 복조기(101b)는 코일(101f)에 연결되어 있는 코일(102d)에 의해 코일(101f)에 유도된 전류 변화를 감지하며, 또한 상기 신호를 컴퓨터(101e)로 입력하기 위하여 컴퓨터가 판독가능한 포맷으로 처리하기 위한, 펄스 계수기(101c)와 컴퓨터 인터페이스(101d)와 같은 처리 회로로 감지된 신호를 인가한다.
가변 RF 오실레이터(101a)는 RF 신호를 코일(101f)로 제공하며, 코일(101f)과 코일(101d)이 충분한 유도 결합이 발생되도록 서로서로 충분히 인접하면 코일(101f)은 전자기 에너지를 코일(102d)로 제공한다. RF 신호로부터의 에너지는 내부 회로부(102)로 동작 전원을 제공하여, 부하(102c)를 변화시키고 외부 장치부에 의해 감지되고 정보로 디코딩된 부하 변화를 코일(101f)로 제공하는 정량 측정을 수행한다. 상기 부하 변화는 내부 회로부로부터 코일(101f)과 코일(102d)간의 상호 결합을 통해 외부 장치부로 연결된다. 내부 코일과 외부 코일 모두를 대략 동일 주파수로 동조(tuning)시키고, 적절한 구조 기술을 이용하여 공진 회로들의 Q 계수를 증가시킴으로써 로딩을 향상될 수 있다. 그들간의 상호 결합으로 인하여, 하나의 코일에서 전류 변화는 다른 하나의 코일에 전류를 유도한다. 유도된 전류는 감지되어 해당 정보로 디코딩된다.
RF 오실레이터(101a)는 코일(102d)에 전류를 유도시키는 코일(101f)을 구동시킨다. 유도된 전류는 정류기(102a)에 의해 정류되며 광전자 회로(102b)에 전원을 공급하는 데 사용된다. 데이터는 광전자 회로(102b)에 의해 전술한 미국 특허 번호 제 5,517,313호에서 설명한 바와 같이 형광 센서에 의해 방출된 광의 세기의 함수로써 변하는 주파수를 가지고 있는 펄스열(pulse train)의 형태로 생성된다. 펄스열은 부하(102c)를 상기 정류기의 출력단을 접지로 일시적으로 단락시키기 위한 방법으로 변조한다. 이러한 부하에서의 변화는 내부 코일(102d)를 통해 전류에서의 해당 변화를 야기시킴으로써, 외부 코일(101f)을 둘러싸고 있는 자기장에서의 변화를 야기시킨다. 자기장의 이러한 변화는 진폭 변조로 관측가능하며 코일(101f)을 가로지르는 전압에서 비례적인 변화를 야기시킨다. 아래 수식은 외부 코일에서 보이는 전압을 설명한다.
여기서, V는 외부 코일을 가로지는 전압이며,
I는 외부 코일에서의 전류이며,
Z는 1차 코일의 임피던스이며,
ω는 주파수 (rad/sec)이며,
M은 코일간의 상호 인덕턴스이며,
Zs는 센서의 등가 회로의 임피던스이다.
수학식 1에서 알 수 있듯이, 외부 코일을 가로지르는 전압과 내부 센서 회로에 의해 표현되는 임피던스 사이에 직접적인 관계가 있다. 임피던스(Zs)는 각각 오실레이션 신호의 진폭과 주파수에 해당하는 실수부와 허수부 모두를 가지고 있는 복소수이지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 상호작용(interaction)의 실수부만을 다룬다. 상호작용의 두 가지 형태 모두는 외부 회로를 적절히 수정함으로써 감지될 수 있으며 신호 대 잡음비를 향상시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 내부 센서 장치의 일 실시예를 보여주는 개략도이다. 도 2를 참조하면, 캐패시터(C1), 다이오드(D1)(정류기(102a)), 제너 다이오드(D2) 및 캐패시터(C2)와 함께 코일(L1)(102d)은 내부 장치부(102)를 위한 전원 공급 장치를 구성한다. 오실레이터(도 1에서 101a)에 의해 외부 코일(101f)에 인가된 RF 전압에 의하여 코일(L1)에 인가된 전류는 코일(L1)과 캐패시터(C1)에 의해 형성되는 L-C 탱크(tank)에서 공진하며, 다이오드(D1)에 의해 정류되고, 캐패시터(C2)에 의해 필터링된다. 제너 다이오드(D2)는 회로에 인간된 전압이 5 V와 같이 최대 값을 초과하는 것을 방지하기 위하여 제공된다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 캐패시터(C2)를 가로지르는 전압이 제너 다이오드(D2)의 역방향 항복 전압(reverse breakdown voltage)을 초과하기 시작하면, 다이오드(D2)는 역방향 항복 영역에서 동작하기 시작하여 캐패시터(C2)가 회로의 최대 허용 전압에 대하여 과충전되는 것을 방지시킨다.
전압 조정기(205)는 캐패시터(C2)로부터 전압을 입력받고, 고정된 출력 전압(Vref)을 연산 증폭기(201)의 비반전 입력단으로 발생한다. 연산 증폭기(201)의 출력단은 피드백 레지스터(R1)와 직렬로 연결된 발광 다이오드(light-emitting diode: LED)(202)와 연결되어 있다. 연산 증폭기(201)의 반전 입력단은 저항(R1)을 가로지르는 전압을 공급받아 발광 다이오드(202)를 통하는 전류를 (작은 바이어스 전류를 무시하는) Vref/R1로 조정한다. 발광 다이오드(202)로부터 발광된 광은 센서 장치(도시되지 않음)로 입사되고, 모니터링되는 특별한 피분석물(analyte)의 량의 함수로써 상기 센서 장치가 발광하도록 한다. 센서 장치로부터 출력되는 광은 저항이 입사광의 양의 함수로써 변하는 포토 레지스터(photoresistor)(203)에 영향을 미친다. 포토 레지스터(203)는 캐패시터(C3)와 직렬로 연결되어 있으며, 포토 레지스터(203)와 캐패시터(C3)의 접합점은 비교기(204)의 반전 입력단에 연결되어 있다. 포토 레지스터(203)의 타측 단은 도선(Vcomp)을 통해 비교기(204)의 출력단에 연결되어 있다. 비교기(204)의 출력은 또한 부하 캐패시터(C4)와 저항 네트워크(R2, R3, R4)에 연결되어 있다. 비교기(204)는 가변 저항 오실레이터를 형성하며, 스위칭 시점(switching point)은 저항(R2, R3, R4)의 값에 의해 결정된다. 캐패시터(C3)는 차지-업(charge-up) 캐패시터로써, 주어진 광 레벨을 위하여 오실레이터의 기본 주파수(base frequency)를 결정한다. 이 주파수는 다음 수학식 2 및 수학식 3으로 주어진다.
여기서, R2fc(=24 kΩ)은 2 풋캔들(footcandles)에서 포토 다이오드(203)의 저항이며,
γ(=0.8)는 포토 레지스터의 민감도이며,
a는 풋캔들에서 입사광의 레벨이다.
수학식 3은 반전되어 주어진 포토 레지스턴스(photoresistance)를 위한 광의 세기를 결정한다. 수학식 2와 함께, 광의 세기는 주파수로부터 결정될 수 있다. 물론, 상기에서 주어진 값들은 설명을 위해 예로써 주어진 것이다. 그와 같은 값들은특별한 포토 레지스터의 기하학적 형상 및 사용된 물질에 따라 결정된다.
비교기(204)는 Vtime이 V/3이고, Vcomp이 V/3이고, Vtrip이 2V/3일 때 하이 출력 상태로 스위칭한다. 캐패시터(C3)은 Rphoto*Ctime의 시상수(time constant)로 충전하기 시작한다. Vtime이 2V/3에 도달하면, 비교기(204)는 로우 출력 상태로 스위칭하기 시작하여, Vcomp를 영(0)으로, Vtrip을 V/3으로 변화시킨다. 이 때, 캐패시터(C3)은 Rphoto를 통해 방전할 것이다. 따라서, 수학식 2에 의해 결정되는 주파수를 가지고 있는 50% 듀티 사이클(duty cycle)이 형성된다.
캐패시터(C4)는 부하 캐패시터로써, 캐패시터(C2)를 가로지르는 전압은 비교기(204)가 하이 출력 레벨 상태로 스위칭될 때 0 V에서 Vdc로 변하여야 한다. 캐패시터(C4)를 가로지르는 전류는 캐패시터(C2)에 의해 공급되며, 캐패시터(C2)를 가로지르는 전압이 감소되도록 한다. 이것은 차례로 정류기(102a)를 통해 흐르는 전류가 캐패시터(C2)의 충전을 시작하도록 하여, 내부 코일(102d)를 포함하는 탱크 회로 상의 순시 부하(instantaneous load)를 변화시킨다. 이 부하는 수학식 1로 주어진 것 처럼 외부 코일(101f)의 임피던스로 반영된다.
단일 펄스를 위한 센서 동작은 도 3에 도시되어 있다. 채널 4는 캐패시터(C2)에 인가된 DC 전압이며, 채널 3은 외부 코일(101f)에 인가된 동일한 펄스를 보여주고 있다. 진폭 변조 복조기의 출력은 채널 2에 보여지고 있다. 채널 1은 진폭 변조 복조기의 출력을 디지털 계수기에 의해 처리될 수 있는 사각파로 변환하는 비교기의 출력을 보여준다. 도 4는 두 개의 완전한 동작 사이클을 보여주는 도면으로써, 동일 채널 지정은 회로에서 동일한 시점을 나타낸다.
외부 장치부(101)는 펄스 계수기(101c)를 구현하는 데 마이크로 프로세서를 사용한다. 충분한 데이터가 수신되어 유효한 읽기 동작을 달성하면, 프로세서는 RF 오실레이터를 차단한다. 도 5A 내지 도 5E는 측정 읽기 동작을 위한 타이밍도를 보여주는 도면이다. 도 5A는 외부 코일에 인가된 RF 전압 신호의 포락선을 보여주는 도면이고, 도 5B는 내부 전원 전압의 파형을 보여주는 도면이다. 도 5C는 발광 다이오드(202)의 세기를 보여주는 파형도이며, 도 5D는 진폭 변조 복조기(101b)의 출력을 보여주는 도면이다. 도 5E는 센서부에 공급되는 전원에 따라 회로 동작의 상태를 보여주는 타이밍도이다. 내부 장치를 위한 전원 공급 장치는 자계 강도가 증가함에 따라 위쪽으로 경사지게 된다. 전원 전압 출력이 발광 다이오드의 문턱 전압과 피드백 전압의 합을 넘으면, 발광 다이오드는 턴-온된다. 진폭 변조 복조기의 출력은 측정 데이터와 식별자(ID) 코드의 형태의 디지털 데이터와 내부 장치부가 이식되는 대상물체에 특별한 다른 매개변수를 포함한다. 이 데이터는 디지털 식별(digital identification) 및 매개변수 저장 회로들(도시되지 않음)을 이용하여 광전자 출력의 시분할 다중 방식(time division multiplexing)을 통해 RF 전압 신호 상에서 인코딩된다. 상기 디지털 회로들은 RF 전압을 이용하여 적절한 클럭 신호들을 생성한다.
내부 저장 회로들은 식별자(ID) 코드들 및 교정 상수(calibration constant)와 같은 매개변수값들을 저장할 수 있다. 이 정보들은 각각의 읽기 또는 정량 측정과 함께 복귀된다. 신호들은 측정 순서에서 미리 정하여진 시점에서 아날로그 펄스열 로딩으로부터 디지털로 제어된 로딩으로 스위칭함으로써 클로킹(clocking)되어출력된다. 이 시점은 출력 데이터 스트림(output data stream)에서 미리 정하여진 비트 동기 패턴을 감지함으로써 외부 장치에 의해 감지된다. 상기 식별자(ID) 번호는 특별한 대상물체를 확인하고, 두 개 이상의 대상물체들이 외부 장치부의 근처에 있을 때 데이터 손상을 방지하는 데 사용된다. 교정 계수들은 측정 정보로 인가되어 임상 대상체에서 피분석물 레벨을 획득하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(10)를 보여주는 도면으로써, 상기 센서(10)는 형광 지시자 분자들의 형광에 근거하여 동작한다. 도 6을 참조하면, 상기 센서(10)는, 센서 몸체(12)와, 전체적으로 분포된 형광 지시자 분자(16)를 가지고 있으며 센서 몸체(12)의 외부 표면을 덮고 있는 매트릭스층(14)과, 지시자 분자들과 상호작용하는 파장 또는 파장의 범위 즉 형광 기반 센서의 경우 지시자 분자들(16)이 형광을 내도록 하는 파장 또는 파장의 범위에 걸친 발광을 포함하며 복사를 방출하는 예를 들어 발광 다이오드와 같은 발광 소스(18)와, 형광 기반 센서의 경우 지시자 분자(16)에 의해 방출되는 형광에 민감하여 지시자 분자들의 형광의 레벨을 지시하는 것에 응답하여 신호를 생성하는 예를 들어 광검파기와 같은 감광 소자(20)를 포함하여 이루어진다. 상기 센서(10)는 전자 회로를 포함하는 모듈 또는 하우징(66)과, 온도 판독을 제공하기 위한 온도 센서(64)를 더 포함한다. 가장 간단한 실시예들에서, 지시자 분자들(16)은 센서 몸체의 표면에 간단하게 코팅될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예들에서, 지시자 분자들은 매트릭스층(14) 내에 포함되며, 상기 매트릭스층(14)은 해당 기술 분야에서 알려진 방법에 따라 준비되고 센서 몸체의 표면에 코팅되는 생체적합성의(biocompatible) 폴리머 매트릭스를포함한다. 피분석물에 침투가능하여야 하는 적합한 생체적합성의 매트릭스 물질들은 편리하게 피분석물에 선택적으로 침투가능하도록 만들어 질 수 있는 메타크릴레이트(methacrylate)와 하이드로젤(hydrogel)을 포함한다.
편리하게도, 센서 몸체(12)는 적합하고 광학적으로 투과적인 폴리머 물질로 형성되며, 상기 폴리머 물질은 센서가 사용될 매개체의 굴절률과 충분히 다른 굴절률을 가지고 있어서 상기 폴리머가 광도파로(optical wave guide)의 역할을 할 것이다. 바람직한 물질들은 폴리메틸메타크릴산(polymethylmethacrylate), 폴리하이드록시프로필메타크릴산(polyhydroxypropylmethacrylate) 등과 같은 아크릴 폴리머들과 Lexan?상표로 판매되고 있는 것과 같은 폴리카르보네이트(polycarbonate)가 있다. 상기 물질은 복사 소스(18)(예를 들어, 복사 소스가 발광 다이오드인 실시예에서 적절한 파장에서의 광)에 의해 생성된 복사 및 형광 기반 실시예의 경우 지시자 분자에 의해 방출된 형광이 그것을 통해 전도되도록 한다. 복사 소스 또는 발광 다이오드(18)는 도 2에 도시된 발광 다이오드(202)에 해당한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복사(예를 들어, 광)는 복사 소스(18)에 의해 방출되며, 적어도 이 복사 중 일부분은 센서 몸체(12)의 표면 예를 들어 소정의 위치(22)에서 내부로 반사되어 센서 몸체(12)의 내부 전체를 통해 "앞뒤 이리저리로 튀게 된다".
센서 몸체의 경계면과 둘러싸는 매개체로부터 반사된 광은 (그 위에 직접적으로 코팅되었든 매트릭스 내에 포함되었든간에) 상기 표면에 코팅된 지시자 분자들과 상호작용 예를 들어 상기 표면에 코팅된 형광 지시자 분자들에서 형광을 여기시킬 수 있다. 또한, 반사되기에 너무 작은 (경계면에 수직인 방향에 대하여 측정된) 각도에서 경계면을 때리는 광은 경계면을 통과하고 또한 형광 지시자 분자들에서 형광을 여기시킨다. 광(또는 다른 복사)과 경계면과 지시자 분자들 간의 상호작용의 다른 모드들은 또한 상기 센서의 구조 및 응용에 따라 유용하다. 그와 같은 다른 모드들은 소실성 여기와 표면 플라즈마 공진형 여기를 포함한다.
도 8에서 영역(30)으로 도시된 것과 같이, 형광 지시자 분자들(16)에 의해 방출된 광의 적어도 일부분은 직접적으로 또는 매트릭스층(14)의 (센서 몸체(12)에 대하여) 가장 바깥쪽 표면에 의해 반사된 후 센서 몸체(12)로 들어간다. 다음으로, 그와 같은 형광(28)은 복사 소스(18)에 의해 방출된 복사와 같이 센서 몸체(12) 전체적으로 내부로 반사된다. 또한, 복사 소스에 의해 방출된 복사와 같이, 몇몇은 반사되기에 너무 작은 각도에서 센서 몸체와 둘러싸고 있는 메개체 간의 경계면을 때리고 센서 몸체 밖으로 빠져 나갈 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 센서(10)는 또한 센서 몸체(12)의 끝에, 센서 몸체의 외부 표면과 매트릭스층(14) 사이에 형성된 반사 코팅(32)을 포함하며, 반사 코팅(32)은 형광 지시자 분자들에 의해 방출된 복사 및/또는 광의 내부 반사를 최대로 하거나 향상시킨다. 반사 코팅(32)은 예를 들어 페이트 또는 금속성 물질로 형성될 수 있다.
바람직하게, 광필터(34)는 감광 물질로 제조되는 광검파기(20)의 감광 표면상에 제공된다. 광검파기(20)는 도 2의 광검파기(203)에 해당된다. 알려진 바와 같이, 필터(34)는 복사 소스(18)에 의해 생성된 복사량이 감광 소자(20)의 감광 표면에 영향을 주지 못하도록 하거나 또는 실질적으로 감소시킨다. 이 때, 상기 필터(34)는 형광 지시자 분자들에 의해 방출된 형광이 그것을 통과하여 검파기의 감광 영역을 때리도록 한다. 이것은 상기 소스(18)로부터의 입사 복사에 기인하는 광검파기 신호에서 "잡음"을 상당히 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 센서(10)가 특히 개발되는 응용은 (비록 적합한 유일한 응용은 아니지만) 인간 몸체에서 예를 들어 글루코우스(glucose), 산소, 독소, 제약 또는 다른 약품, 호르몬과 같은 다양한 생물학상 피분석물과 다른 물질 대사 피분석물을 측정하는 것이다. 상기 매트릭스층(14)과 지시자 분자들(16)의 특수한 합성은 센서가 감지할 특별한 피분석물 및/또는 센서가 피분석물을 감지하기 위해 사용되는 장소(즉, 혈액 또는 피하 조직)에 따라 변할 수 있다. 그러나, 두 가지 일정한 요구 사항은 매트릭스층(14)은 상기 지시자 분자들의 피분석물로의 노출을 촉진하는 것이며, 지시자 분자들의 광학 특성(예를 들어, 형광 지시자 분자들의 형광의 레벨)들은 상기 지시자 분자들이 노출되는 특수한 피분석물의 농도의 함수라는 것이다.
인-시츄(in-situ)하게 인간 몸체에서의 사용을 촉진하기 위하여, 바람직하게, 상기 센서(10)를 부드러운 형태, 타원형 또는 둥근 형태로 형성한다. 유리하게도, 상기 센서(10)는 콩 또는 조제약의 젤라틴 캡슐과 비슷한 크기와 모양을 가지고 있다. 즉, 상기 센서(10)는 길이(L)가 약 300-500 미크론에서 약 0.5 인치 정도이며, 깊이(D)가 약 300 미크론 내지 0.3 인치 정도이며, 전체적으로 부드럽고 둥근형태의 표면을 가지고 있다. 물론, 상기 장치는 사용된 물질 및 상기 장치의 의도된 사용에 따라 더 클 수도 더 작을 수도 있다. 이러한 구조는 필수적인 신체 기능과 인터페이스 하는 센서없이 또는 과도한 고통 또는 불편없이 센서(10)가 인간 몸체 즉 피부 또는 (기관 또는 혈관을 포함하는) 기본 조직에 이식될 수 있도록 한다.
또한, 상기 이식이 자극을 제공한다는 사실에 의하여 단순히 인간(또는 다른 동물의) 몸체 내에 위치된 이식은 ("생체적합성" 물질로 이루어진 이식조차) 어느 정도 상기 이식이 삽입되는 유기체 내에 "이물질 반응"을 야기시킬 것으로 생각될 것이다. 인간 몸체 내에 이식되는 센서(10)의 경우, "이물질 반응"은 가장 흔한 섬유증 인캡슐레이션(fibrotic encapsulation) 즉 반흔 조직(scar tissue)의 형성이다. 글루코우스-본 발명에 따른 센서의 사용으로 감지할 것으로 예상되는 주된 피분석물-는 그와 같은 섬유증 인캡슐레이션에 의해 방해받는 그 자체의 확산 또는 수송 속도를 가지고 있다. 매우 작은 산소 분자(O2) 조차 섬유증 인캡슐레이션에 의해 방해받는 그 자체의 확산 또는 수송 속도를 가지고 있다. 이것은 단순하게 섬유증의 인캡슐레이션(반흔 조직)을 형성하는 세포들이 자연적으로 매우 조밀하거나 정상 조직의 물질 대사 특성이 다른 물질 대사 특징을 가질 수 있기 때문이다.
생물학적 피분석물에 대한 이러한 잠재적인 방해를 극복하거나 지시자 분자들의 노출을 지연시키기 위하여, 두 가지 주요한 해결 방법이 제안된다. 아마도 가장 간단한 하나의 해결 방법에 따르면, (지시자 분자들이 센서 몸체의 표면에 직접고정될 때 센서 몸체(12)의 표면 및/또는 지시자 분자들 자체를 뒤덮는, 또는 지시자 분자들이 매트릭스층(14)에 포함될 때 상기 매트릭스층(14)의 표면을 뒤덮는) 센서/조직 경계층은 섬유증 인캡슐레이션이 거의 형성되지 않도록 또는 허용가능한 레벨로 형성되도록 하는 물질로 준비된다. 이러한 특징을 가지고 있는 물질의 두 가지 예가 W.L. 고어로부터 입수 가능한 "Preclude TM Periocardial Membrance"와, 케네디의 "Tailoring Polymers for Biological Uses" (Chemtech, 1994년 2월, 24-31페이지)에서 설명된 것처럼 친수성과 공유 결합된 폴리이소부틸렌 (polyisobutylene)이다.
대안으로써, 특수한 생체적합성 물질들의 몇몇 층들로 구성된 센서/조직 경계층은 센서 위에 제공될 수 있다. 도 8에 도시된 것과 같이, 예를 들면, 상기 센서/조직 경계층(36)은 세 개의 부계층(sublayer)(36a, 36b, 36c)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 조직의 내방성장(tissue ingrowth)을 촉진시키는 계층인 부계층(36a)은, 섬유증 세포들(39)(반흔 조직)이 축적되고 있는 때 조차 모세혈관(37)의 침투를 허용하는 생체적합성 물질로부터 만들어 질 수 있다. Gore-Tex?Vascular Graft 물질(ePTFE)과, 수년간 사용되어 온 Dacron?(PET) Vascular Graft 물질들과, 고밀도 폴리에틸렌으로부터 생산되는 (POREX Surgical사로부터 입수 가능한) MEDPOR Biomaterial은 기본 합성, 기공 크기 및 기공 구조가 조직 및 혈관의 내방성장을 조직의 내방성장층으로 촉진시킨다.
반면, 부계층(36b)은 조직의 내방성장을 방지하기 위하여 조직의 내방성장부계층(36a)의 기공 크기보다 훨씬 작은 기공 크기(5 마이크로미터 미만)를 가지고 있는 생체적합성층이다. 상기 부계층(36b)을 만들기에 현재 바람직한 물질은 고어사로부터 입수가능하며 확장된 폴리테트라플르오에칠렌(polytetrafluoroethylene (ePTFE))으로 이루어진 (이전에 GORE-TEX Surgical Membrane이라고 부르던) W.L. 고어사로부터 입수가능하며 "Preclude Periocardial Membrane"이다.
부계층(36c)은 분자체(molecular sieve)의 역할을 한다. 즉 부계층(36c)은 분자량 차단 기능을 제공하여 면역 글로블린, 단백질 및 당단백질과 같은 분자들을 차단시키는 한편 피분석물 또는 관심있는 피분석물이 (센서 몸체(12)에 직접 코팅되어 있거나 매트릭스층(14) 내에 고정된) 지시자 분자들로 통과되도록 한다. 예를 들어 신장 투석 여과 카트리지에서 사용되는 종류의 잘 알려진 많은 셀룰로오스 형태의 막은 분자량 차단층(36c)을 위해 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 센서는 전적으로 필요한 것이 완비되어 있어 센서로 (예를 들어, 상기 소스(18)를 구동시키기 위하여) 전원을 공급하거나 상기 센서로부터 신호들을 전송하기 위하여 어떠한 전기 도선도 센서 몸체 안 또는 밖으로 돌출되지 않는다. 도 2에 도시된 모든 전자공학은 도 6에 도시된 것 처럼 모듈(66)에 수용될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 바라직한 다른 실시예를 보여주는 도면으로써, 두 개의 감지기 즉 신호 채널 감지기(901)와 기준 채널 감지기(902)가 사용된다. 도 2에 도시된 일 실시예에서, 신호 감지기(203)는 형광 지시자 센서 장치로부터의 복사를 감지하는 데 사용된다. 이 시스템은 잘 동작되지만, 최초에 교정된 것처럼 센서 출력의 정확성에 영향을 주는 시스템에 대한 방해가 발생할 수 있다.
그와 같은 방해의 예에는, 센서 제조에 본질적인 구성요소 동작에서 변화 또는 표류, 센서의 외적인 환경 조건, 또는 그들간의 조합 등을 포함한다. 무엇보다도, 내부 변수들이 센서의 복사 소스의 노화와, 감광 소자의 성능 또는 감도에 영향을 미치는 변화들과, 지시자 분자들의 퇴화와, 센서 몸체와 지시자 매트릭스층 등의 복사 투과도와, 다른 센서 구성요소들에서의 변화 등에 의해 도입된다. 다른 예에서, 광학 기준 채널은 또한 피분석물의 존재여부 또는 농도에 관계없이 지시자 분자의 광학 특성들 또는 외견상 광학 특성들에 영향을 미칠 수 있는 환경 인자들 (예를 들어, 센서의 외적 인자들)을 보상하거나 교정하는 데 사용될 수 있다. 이 점에서, 예시적인 외적 인자들은 무엇보다도 온도 레벨과, pH 레벨과, 존재하는 주위의 광과, 센서가 적용된 매개체의 반사율 또는 혼탁도 등을 포함할 수 있다. 광학 기준 채널은 센서의 동작 조건에서 그와 같은 변화들을 보상하는 데 사용될 수 있다. 기준 채널은 측정되고 있는 피분석물에 응답하지 않는다는 것을 제외한 모든 면에서, 상기 기준 채널은 신호 채널과 동일하다.
광학 측정에서 기준 채널의 사용은 일반적으로 종래 기술로써 알려져 있다. 예를 들어, 전체적으로 레퍼런스로 포함하고 있는 미국 특허 번호 제 3,612,866호에는, 상기 기준 채널이 산소가 침투할 수 없도록 하는 바니스(varnish)로 코팅되어 있다는 것을 제외하고는, 측정 채널과 동일한 지시자의 화학적 성질을 지닌 기준 채널을 가지고 있는 형광 산소 센서에 관해 개시하고 있다.
전체적으로 레퍼런스로 포함하고 있는 미국 특허 번호 제 4,861,727호 및 제5,190,729호에는, 두 개의 다른 파장을 방출하는 두 개의 다른 란탄(lanthanide)계열 지시자 화학물질 즉 산소에 의해 소멸되는 테르븀(terbium) 계열 지시자와 산소에 대체로 영향을 받지 않는 유러퓸(europium) 계열의 지시자를 이용하는 산소 센서에 관해 개시하고 있다. 또한 전체적으로 레퍼런스로 포함하고 있는 미국 특허 번호 제 5,094,959호에는, 단일 지시자 분자가 소정의 파장에서 방출되고 분자에 의해 방출된 형광은 산소에 대한 두 개의 다른 감도를 가지고 있는 두 개의 다른 방출 스펙트럼으로 측정되는 산소 센서에 관해 개시하고 있다. 구체적으로, 산소에 덜 민감한 방출 스펙트럼은 상기 두 개의 방출 강도를 비교하기 위한 기준으로써 사용된다. 레퍼런스로 포함하고 있는 미국 특허 번호 제 5,462,880호 및 제 5,728,422호에는, 산소에 의해 실질적으로 영향을 받지 않고 지시자 분자와 유사한 분해 속도를 가지고 있는 기준 분자를 이용하는 비율미터(ratiometric) 형광 산소 감지 방법에 대해 개시하고 있다. 또한, 레퍼런스로 포함하고 있는 뮐러 등의 "ANALYST"(121권, 339-343 페이지, 1996년 3월)에는, 청색 발광 다이오드의 광원이 광섬유 결합기를 통해 지시자 채널 및 발광 다이오드 광도에서의 변화를 감지하는 개별 기준 광검출기로 향하도록 하는 용해된 이산화탄소(CO2)를 위한 형광 센서에 관해 개시하고 있다.
또한, 레퍼런스로 포함하고 있는 미국 특허 번호 제 4,580,059호에는, 여기 광원의 세기에서의 변화를 측정하기 위한 기준 광 측정 셀을 포함하는 형광 기반 센서를 개시하고 있다 (컬럼 10의 첫 번째 줄 이하 참조).
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 신호 및 기준 채널 감지기는 배면 결합 포토 다이오드(back-to-back photodiode)(901, 902)이다. 비록 포토 다이오드가 도시되어 있지만, 포토 레지스터, 포토 트랜지스터 등과 같은 많은 다른 종류의 광검출기가 또한 사용될 수 있다. 발광 다이오드(903)는 도 2의 광원(202)에 해당한다. 동작 측면에서, 비교기(904)는 저항(905, 906, 907)에 의해 바이어싱(biasing)되는 것처럼 전원 전압(Vss)의 1/3과 2/3인 전압에서 트리거(trigger)되도록 설정된다. 상기 비교기(904)를 위한 트리거 전압은 원한다면 저항의 값을 변화시켜 수정될 수 있다. 캐패시터(C2)는 타이밍 소자이며, 그 값은 신호 및 기준 채널의 크기를 위해 조절된다. 각 포토 다이오드를 통하는 전류는 아래 수학식 4로 표시되는 것처럼 입사광의 세기 또는 전력의 함수이다.
여기서, I는 전류를 나타내며,
R은 반응도 (Amp/Watt)를 나타내며,
P는 광전력 (Watt)을 나타낸다.
형광 실시예에서, 포토 다이오드에 영향을 주는 입사광의 전력은 피분석물 농도와 함께 변한다.
도 10은 비교기(904)의 입출력단(904a, 904b, 904c)의 전압 레벨을 보여주는 타이밍도이다. 사이클 시작시, 출력단(904c)의 전압 레벨은 접지상태(로우 출력 상태)이며, (입력단(904b)의 전압 레벨에 해당하는) 캐패시터(C2)의 전압 레벨은2Vss/3 이며, 입력단(904a)의 전압 레벨은 Vss/3 이다. 이러한 경우에, 포토 다이오드(901)는 순방향 바이어스를 인가받고 포토 다이오드(902)는 역방향 바이어스를 인가 받는다. 순방향 바이어스를 인가받는 포토 다이오드(901)를 가로지르는 전압 강하는 단지 그 자체의 문턱 전압인 반면, 역방향 바이어스를 인가받는 포토 다이오드(902)는 전류에 영향을 주는 입사광에 비례하는 전류 흐름을 나타낸다. 이 전류는 도 10에 도시된 바와 같이 Vss/3의 전압 레벨에 도달할 때까지 dV/dt=I902/C2의 속도로 캐패시터(C2)를 방전시킨다. 포토 다이오드 전류를 위한 상기 수학식을 대입하면 dV/dt=RP/C2가 된다. P에 대해 정리하면 아래 수학식 5가 된다.
여기서, dV는 (Vss/3인 경우) 비교기 트리거 시점간의 차를 나타내며,
C2는 캐패시터(C2)의 값 (farad)을 나타내며,
dt는 (외부 장치부에 의해 측정된) 충전 또는 방전 시간을 나타내며,
R은 광검출기의 반응도 (amp/watt)를 나타낸다.
이 때, 비교기(904)는 출력단(904c)에서 하이 출력 상태(Vss)로 스위칭한다. 트리거 지점(입력단(904a))는 현재 2Vss/3이며, 포토 다이오드(901, 902)의 극성은 현재 상반된다. 즉, 포토 다이오드(901)은 역방향 바이어스를 인가받으며 포토 다이오드(902)는 순방향 바이어스를 인가 받는다.
포토 다이오드(901)은 캐패시터(C2)의 전압이 2Vss/3에 도달할 때까지 dV/dt=I901/C2의 속도로 캐패시터(C2)의 충전을 제어한다. 캐패시터(C2)를 가로지르는 전압이 2Vss/3에 도달하면, 비교기(904)의 출력은 다시 로우 출력 상태로 스위칭한다. 시스템에 전원이 인가되고 입사광이 포토 다이오드에 제공되는 동안, 사이클은 도 10에 도시된 바와 같이 계속해서 반복될 것이다.
만일 각 포토 다이오드 감지기(901, 902)에서 입사광의 세기가 동일하면, 비교기 출력은 50% 듀티 사이클이 될 것이다. 만일 각 포토 다이오드 감지기에서 입사광이 동일하지 않으면, 캐패시터 충전 전류는 캐패시터 방전 전류와 다르게 될 것이다. 이와 같은 경우가 도 10에 도시되어 있으며, 캐패시터 충전 전류는 캐패시터 방전 전류보다 더 높다. 동일한 캐패시터가 충전/방전되기 때문에, 서로 다른 충전/방전 시간은 상기 두 개의 포토 다이오드 감지기의 입사광 레벨간의 차이에 대한 함수이다. 결국, 비교기(904)에 의해 생성되는 사각파의 듀티 사이클은 신호 채널 포토 다이오드 상의 입사광과 기준 채널 포토 다이오드 상의 입사광 간의 변화를 나타낸다. 피분석물을 결정할 때 비교기로부터 출력되는 사각파의 듀티 사이클에서의 변화를 고려하기 위한 적합한 알고리즘은 일반적으로 알려져 있으므로 (종래 기술 참조) 여기에서는 더 이상 설명하지 않겠다.
일단 사각파가 형성되면, 사각파는 외부 장치부로 전달되어야 한다. 이것은 내부 코일(908)을 로딩하고 상기 내부 코일에 유도 결합된 외부 코일에서의 변화를 감지함으로써 이루어진다. 상기 로딩은 비교기(904)의 출력단(904c)에 연결된 저항(910)에 의해 제공된다. 캐패시터가 하이 출력 상태에 있을 때, 추가 전류(Vss/R910)는 전압 조절기(909)로부터 나온다. 비교기가 로우 출력 상태에 있을 때, 상기 추가 전류는 제공되지 않는다. 결국, 저항(910)은 피분석물의 농도 및기준 채널의 출력에 의해 결정되는 속도로 상기 회로 내부 또는 외부로 스위칭되는 부하의 역할을 한다. 저항(910)을 통하는 전류는 코일(908)을 포함하는 내부 동조 탱크 회로에 의해 제공되기 때문에, 부하 저항의 스위칭은 또한 내부 코일(908)을 포함하는 탱크에서 부하를 스위칭시킨다. 상술한 바와 같이, 변하는 부하에 의해 야기된 탱크의 임피던스 변화는 유도 결합된 외부 코일에서 부하의 해당 변화에 의해 감지된다. 전압 조절기(909)는 자계에서 코일 배치에 의해 야기되는 영향을 제거한다. 발광 다이오드(903)는 지시자 분자 센서를 위하여 여기된 광을 방출한다. 발광 다이오드(903)의 전원은 전압 조절기에 의해 제공된다. 피분석물 측정 읽기 동작 동안 발광 다이오드의 세기를 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 일단 전압 조절기의 출력이 조절되면, 발광 다이오드의 세기는 일정하게 될 것이다. 전압 조절기의 스텝 복구 시간(step recovery time)은 미분 및 외부 장치부에서 교류 결합(AC coupling)을 허용할 정도로 빠른 로딩 상태간의 변화로 인해 매우 빠르다.
도 6 내지 도 8에서 설명된 형광 기반 실시예들은 개시된 본 발명이 적용되는 일 예일 뿐이다. 또한, 본 발명은 예를 들어, 흡수 기반 센서 또는 레퍼런스로 포함된 1999년 8월 28일자로 출원한 미국 특허 출원 번호 제 09/383,148호에서 설명된 것과 같은 굴절률 기반 센서와 같이 많은 다른 응용에서 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예에 관해 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 아날로그 회로를 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 원리는 적절하게 프로그램된 디지털 신호프로세서를 사용하여 동일하게 수행될 수 있다. 따라서 그와 같은 모든 변형은 하기의 특허청구범위에 의해 포함될 것이다.

Claims (22)

  1. 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치에 있어서,
    센서부를 위한 전원 공급 장치의 일부분을 형성하는 제1 코일과, 상기 제1 코일에 연결된 부하와, 센서 회로가 획득한 센서 측정 정보에 따라 상기 부하를 수정하기 위한 센서 회로를 구비하며, 양적 피분석물 측정을 하기 위한 내부 센서부;
    상기 제1 코일로부터 소정의 가까운 거리 내에 위치하고 있는 상기 제2 코일 상에 상기 제1 코일과 상호 유도 결합된 제2 코일과, 상기 제2 코일을 구동시켜 상기 제1 코일에 충전 전류를 유도하는 오실레이터와, 상기 내부 센서 장치부의 상기 부하로 변화에 의해 유도된 상기 제2 코일 상의 부하에서 변화를 감지하기 위한 감지부를 구비하는 외부 장치부; 및
    상기 정보 신호들을 수신하여 처리하기 위한 프로세서를 포함하여 이루어진 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 회로는 상기 피분석물의 레벨에 비례하여 복사 방출하는 지시자 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부하는 상기 지시자 소자로부터 방출된 복사를 수신하는 감광성 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기위한 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 센서 회로는 복사 방출을 자극하는 전자기 방출을 하는 복사 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 지시자 소자는 상기 피분석물의 레벨에 비례하여 형광 복사를 방출하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 부하는 상기 지시자 소자로부터 형광 복사를 수신하는 감광성 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  7. 제4항에 있어서, 전자기 복사를 방출하는 상기 복사 소스는 형광 복사의 방출을 자극하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 내부 센서부는 포유동물의 몸체에 이식되는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전원 공급 장치는 상기 충전 전류에 의해 충전되는 충전 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 외부 장치부의 상기 감지부는,
    상기 부하에서의 변화에 의한 전압 파형의 진폭 변화를 감지하기 위한 진폭 변조(AM) 복조기를 포함하여 이루어지며, 상기 전압 파형은 상기 제1 코일을 통해 상기 제2 코일로 유도 반사되는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 외부 장치부는 상기 파형 진폭에서 감지된 변화를 컴퓨터가 판독할 수 있는 형태로 변환되기 적합한 펄스로 변환시키기 위한 펄스 계수기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 내부 센서부는 포유동물의 몸체에 섭취되는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 내부 센서부는 물고기의 몸체에 이식되는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 내부 센서부는 식물의 몸체에 이식되는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 센서 회로는 상기 피분석물의 레벨에 비례하여 복사를 흡수하는 지시자 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  17. 매체에서 피분석물의 존재 여부 또는 농도를 감지하기 위한 센서 장치에 있어서,
    센서 몸체를 둘러싸는 외부 표면을 가지고 있는 밀폐된 센서 몸체;
    상기 센서 몸체 내에서 복사를 방출하는 상기 센서 몸체 내의 복사 소스;
    피분석물의 존재 여부 또는 농도에 의해 영향을 받는 광학 특성을 가지고 있으며, 상기 센서 몸체에 위치하여 상기 복사 소스로부터 전도되는 복사를 수신하여, 상기 센서 몸체로 복사를 전달하는 지시자 소자;
    상기 센서 몸체에 위치하며 상기 지시자 소자로부터 상기 센서 몸체 내에서 복사를 수신하도록 위치된 감광 소자; 및
    상기 센서에 위치하며 상기 감광 소자에 연결되어 있으며, 상기 센서 장치로 전원을 공급하기 위한 자기 유도 전류를 외부 유도 소자로부터 수신하기에 적합하며, 상기 외부 유도 소자에서 상기 감광 소자에 의해 수신된 복사량의 함수로써 변하는 전류를 유도하기에 적합한 유도 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  18. 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치에 있어서,
    센서부를 위한 전원 공급 장치의 일부분을 형성하는 제1 코일과, 상기 제1 코일에 연결된 부하와, 피분석물 측정 정보에 응답하는 신호 채널 감지기와 기준 측정 정보에 응답하는 기준 채널 감지기를 포함하는 센서 회로가 획득한 센서 측정 정보에 따라 상기 부하를 수정하기 위한 센서 회로를 구비하며, 상기 신호 채널 감지기 및 상기 기준 채널 감지기의 출력이 상기 부하를 수정하기 위한 상기 센서 정보에서 합성되는, 양적 피분석물 측정을 하기 위한 내부 센서부;
    상기 제1 코일로부터 소정의 가까운 거리 내에 위치하고 있는 상기 제2 코일 상에 상기 제1 코일과 상호 유도 결합된 제2 코일과, 상기 제2 코일을 구동시켜 상기 제1 코일에 충전 전류를 유도하는 오실레이터와, 상기 내부 센서 장치부의 상기 부하로 변화에 의해 유도된 상기 제2 코일 상의 부하에서 변화를 감지하기 위한 감지부를 구비하는 외부 장치부; 및
    상기 정보 신호들을 수신하여 처리하기 위한 프로세서를 포함하여 이루어진 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 신호 채널 감지기 및 상기 기준 채널 감지기는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 신호 채널 감지기용 포토다이오드 및 상기 기준 채널 감지기용 포토다이오드는 음극 대 음극 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 신호 채널 감지기 및 상기 기준 채널 감지기 중 하나는 상기 부하 수정의 양의 변환 시간(positive transition time)에 의해 결정되는 출력을 생성하고, 다른 하나는 상기 부하 수정의 음의 변환 시간(negative transition time)에 의해 결정되는 출력을 생성하여, 양의 부하 시간과 음의 부하 시간간의 시간차가 상기 기준 채널 감지기와 상기 신호 채널 감지기의 출력 간의 차이 및 피분석물 농도를 나타내는 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 부하는 포토다이오드와, 비교기와, 서로 동작적으로 연결되어 있으며 피분석물 농도의 함수로써 가변하는 로드를 제공하는 있는 저항을 포함하여 이루어지며 것을 특징으로 하는 센서 장치로부터 정보를 검색하기 위한 장치.
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