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KR20200135833A - 혈당 추적 시스템 - Google Patents

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KR20200135833A
KR20200135833A KR1020207030210A KR20207030210A KR20200135833A KR 20200135833 A KR20200135833 A KR 20200135833A KR 1020207030210 A KR1020207030210 A KR 1020207030210A KR 20207030210 A KR20207030210 A KR 20207030210A KR 20200135833 A KR20200135833 A KR 20200135833A
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Abstract

혈당 추적 시스템 및 방법은 실시간으로 생체 내의 적절한 혈당 수치들을 결정하기 위해, 환자의 소기의 타겟 영역의 혈관들에 전송되고 수용되는 방출된 마이크로파 에너지를 측정한다. 측정 유닛은 적절한 피하 혈관들을 향해 에너지를 전달하기 위해 안테나에 작동 가능하게(operatively) 연결되는 송신기를 포함한다. 측정 유닛은 소기의 타겟 영역과 연관되는 혈관들에서 수용되는 에너지 파워 값을 결정한다. 이 측정 에너지 파워 값은 보정 값과 비교되고, 차이는 결과적인(resultant) 혈당 값을 결정하는 데 사용된다. 결정된 혈당 값은 환자와 관련된 생물학적 및 주변 요인들에 대해 보상하는 추가적인 감지된 값들을 사용하여 추가로 적응될 수 있다. 최종 결정된 혈당 값은 판독을 위해 표시되고/거나 추가 참조를 위한 기록을 위해 전송 및 저장될 수 있다.

Description

혈당 추적 시스템
본 발명은 일반적으로 비침습적(non-invasive), 생체 내(in vivo) 혈당(blood glucose) 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 혈당 값들의 즉각적인(instantaneous) 실시간 판독들(readings)을 위한 개인화된 피하(subcutaneous) 혈당 측정 및 추적 시스템에 관한 것이다.
수십 년간, 혈류(bloodstream) 내 포도당(glucose) 수치들(levels)의 "실시간" 직접 판독, 비침습적 측정을 위한 시스템을 개발하려는 시도들이 이루어졌다. 현재까지, 이러한 노력들은 주로 혈액에 쉽게 용해되는 포도당 자체의 고유한 특성으로 인해, 그리고 인체 내 혈류를 억제하여 혈류에 존재하는 포도당을 직접, 비침습적으로 측정하기가 매우 어렵기 때문에 실패했다.
역사적으로, 광학적 방법들은 가시광선, 적외선을 사용하여 혈당 수치들을 측정하거나 혈액 내 포도당 수치들의 변화에 의해 야기되는 편광 변화들을 검출하려는 시도들에서 선호되었다. 이러한 노력들은 혈당 수치들을 직접, 비침습적으로 측정하려는 다른 시도들과 마찬가지로, 반복적으로 효과들이 없음이 입증되었다.
현재 이용 가능한 연속적인 혈당 모니터링 시스템들은 사실은, 혈당 수치들을 직접 측정하기 보다는 실제로 간질액(interstitial fluid) 포도당 수치들을 측정한다. 결과적으로, 이러한 "혈당" 시스템들 또는 측정기들(meters)은 "실시간" 혈당 판독들을 제공하지 않는다. 또한, 이러한 시스템들은 본질적으로 혈당 판독들에 대한 간질액 측정들의 상관 관계로 인해 상당한 시간 지연(time lag) - 일반적으로 약 20분 -이 있다.
일반적으로 혈당 수치들이 통제된 실험실 조건들 하에서 생체 외(in vitro) 마이크로파(microwave) 수단을 통해 상당히 정확하게 측정될 수 있다고 인식되고 있지만, 기존의 측정 장비는 생체 내(in vivo)에서 이러한 측정을 수행할 수 있는 능력이 부족했다. 임상적으로 유용한 측정들이 이러한 고정된 실험실 조건들에서 가능할 수 있지만, "현장에서" 실제 비침습적 혈당 판독들을 허용하는 메커니즘 및 구현은, 이러한 간단한 실험실 측정 디바이스들을 서로 개인의 변화들과 특성들을 나타내는 실제 생명체들과 함께 일상적으로 사용하기에 적합한 시스템으로 개발하는 데 필요로 되는 자동 보정 메커니즘들에 대해 말할 것도 없이, 지금까지 존재하지 않았다.
전술한 바와 같이, 일반적으로 실제로는 "간질액"측정 디바이스들인 기존의 "혈당" 측정기들과 연관된 혈당 측정들을 결정하기 위한 고유한 측정 편차 및 시간 지연을 나타내지 않고, 비침습적이고 생체 내에서 사용될 수 있는 실제 (직접 판독) 혈당 측정 시스템에 대한 요구가 있다. 따라서, 본 발명의 일반적인 목적은, 비침습적인 혈당 측정, 추적 및 모니터링에 대한 새롭고 최적화되고 효율적인 접근을 제공하고, 혈당을 직접 측정하며, 측정 편차 및 시간 지연 없이 생체 내에서 수행될 수 있는 신규한 혈당 추적 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 혈당 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로, 기존의 "혈당" 측정기들 및 기존의 비침습적 측정 디바이스들에서의 시도들과 다르게 작동한다. 통제된 실험실 환경에서 용액(solution)의 포도당 수치를 측정하는 데 필요한 특수하고 최적화된 장비를 복제하려고 하는 대신에, 본 발명은, 전체적으로 방출된 마이크로파 에너지가 정의되고 고정된 타겟 영역(target area) 내의 혈관들(blood vessels)에 전달되어 혈관들에 의해 수용되는(accepted) 정도를 측정한 다음 이 즉각적인 측정 값을 이전 보정 값(calibration value)과 비교함으로써, 혈류로부터 직접 포도당 수치의 정확한 계산을 달성한다. 즉각적인 파워 판독 측정과 이전 보정 파워 판독 측정 사이의 차이는 결과적인(resultant) 혈당 값을 결정하기 위해 분석되고 계산되며, 이는 개별 환자에 대한 다양한 생물학적 또는 주변 요인들 또는 변화들에 대해 보상하는 추가적인 감지되는(sensed) 값들을 통해 추가로 적응될 수 있다. 또한, 결정된 혈당 값은 판독을 위해 표시될 수 있고/거나 향후 참조를 위한 기록을 위해 저장될 수 있다.
현재 이용 가능한 모든 연속적인 "혈당" 측정기들(전술된 바와 같이, 실제로는 혈당이 아닌 간질액을 직접 측정함)과 달리, 본 발명에 따른 혈당 추적 시스템은 실제로 혈류에서 즉각적인 포도당 농도(concentration)를 판독한다. 또한, 간질액을 판독하는 기존의 측정기들과 달리, 시스템은 측정과 실제 혈당 판독들 사이의 시간 지연 없이 실시간으로 혈당 값을 판독 및 제공한다. 더욱이, 이러한 실시간 측정들은, 바람직하게는 생체 내 사용을 위해 개인에 의해 착용될 수 있는 소형의(compact) 측정 유닛(unit)을 사용하여, 혈당 수치들이 생체 내에서 측정 및 모니터링될 수 있게 한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 본질적으로, 본 발명이 주로 직접 흡수 측정 시스템에 관한 것이라는 점에서, 그리고 고유하게는 피부 층들 및/또는 다른 신체 부위들을 통해 송신 엘리먼트(transmitting element)에서 수신 엘리먼트(receiving element)로 전송된 투과된(transmitted) 에너지를 측정하는 것에 의존하지 않지 않는다는 점에서, 기존의 다른 시스템들 및 방법들과 상이하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 혈당 측정의 시스템 및 방법은 짧은 듀티-사이클(duty-cycle), 높은 임펄스 파워(impulse power)/매우 낮은 평균-파워(average-power) 마이크로파 에너지 소스(source)를 이용하며, 바람직하게는 무선 주파수 에너지를 전송한다. 혈액 성분은 전체적으로 평균 약 92%의 물이다. 수분을 함유한 포도당이 포도당이 없는 물 보다 더 큰 정도로 마이크로파 에너지를 흡수한다는 것은 알려진 사실이다. 이러한 현상을 이용함으로써, 마침내 비침습적으로 혈류 내 포도당의 즉각적인 생체 내 수치를 검출 및 측정할 수 있는 실용적인 경로가 존재한다. 바람직한 실시예들에 따르면, 에너지 소스로부터의 마이크로파 에너지는 적절한 피하 혈관들, 즉 피부 표면에 가장 가까운 혈관들을 향해 이 에너지를 집중시키고 전송하도록 설계되는 안테나 어셈블리(antenna assembly)로 공급된다. 또한, 바람직한 실시예들에서, 에너지 소스 및 안테나 어셈블리는 소기의(desired) 타겟 영역에서 측정될 피하 혈관들에 근접한 환자의 신체에 장착 가능하고, 더 바람직하게는 환자의 팔에 장착 가능하고, 더욱 더 바람직하게는 환자의 손목에, 예를 들어 팔찌 또는 시계의 일부로, 장착 가능한 하우징(housing) 내에 마련된다.
본 발명에 따른 혈당 측정의 시스템 및 방법의 고유하고 중요한 부분은, 각 타겟 환자 및 그 개인의 소기의 타겟 영역에 대한 개별적으로 맞춤화된 무선 주파수(radio frequency; RF) 마스크(mask)의 사용이다. 이러한 RF 마스크는, 전송된 마이크로파 에너지가 표면에 가까운(near-surface) 혈관들의 특정 세그먼트들(segments)과 같이 정확하게 윤곽이 지정된 관심의 타겟 영역에만 도달하도록 허용한다. 더욱이, 마이크로파 에너지는 안테나 방사 로브(lobe) 패턴(들), 선택되는 전송 주파수들, 및 사용되는 파워 레벨들을 최적화함으로써, 상기 "표면에 가까운" 혈관들을 포함하는 구체적으로 정의된 영역을 확정하는 위치와 깊이로 더 포함되고(contained), 형상화되며(shaped), 독점적으로(exclusively) 지향될(directed) 수 있다. 또한, RF 에너지가 향하고 전송되도록 허용되는 영역(들)을 제한하는 동일한 RF 마스크는 본질적으로 소기의 타겟 영역 외부에서 흡수되는 에너지의 측정을 제한하므로, 본 발명의 시스템 및 방법을 사용하여 판독들의 정확도를 크게 높인다.
본 발명의 일 양태에서, 마이크로파 에너지는 피하 혈관들을 포함하는 특정 영역을 확정하는 깊이까지 소기의 타겟 영역을 향해 포함되고, 형상화되고, 독점적으로 지향되도록 허용된다. 바람직하게는, 안테나 어셈블리는 소기의 타겟 영역에 인접하게 위치된다. 실시예들에서, 안테나 방사 로브 패턴들, 전송 주파수들 및 파워 레벨들은 특정 환자들 및 상기 환자들의 타겟 영역들에 대해 변할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 타겟의 피하 혈관들에 도달하는 데 필요로 되는 파워 레벨들은 레이더 송신기들(radar transmitters)에 의해 사용되는 것과 유사한 펄스-형(pulsed-type) 전파(radio wave) 방출들을 사용하여 달성된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 각 보정으로, 정해진 포도당 값 및 그에 상응하여 전달된 파워 값이 메모리 버퍼(memory buffer)에 배치될 수 있다. 피험자의 포도당 수치가 변함에 따라, 시스템을 통해 혈류에 의해 수용되는 평균 파워 레벨이 최종 보정 값과 연관된 파워 값에 비해 값이 상승하거나 하락하게 된다. 이후의 주기적인 마이크로파 방출마다, 측정 유닛은 모든 새로운 데이터를 기록하고, 즉각적인 파워 레벨과 이전 보정 값들 사이의 전달/허용되는 파워 레벨의 변화에 대한 추정(extrapolation)에 기반하여 혈당 값들을 계산한다.
본 발명의 목적들, 특징들 및 장점들이 첨부된 도면들에 의해 강화된 바와 같이, 실시예들과 그 특징들의 설명에 비추어 명백해질 것이다.
도 1은 비침습적 생체 내 혈당 측정을 위한, 본 발명에 따른 개략적인 실시예의 혈당 추적 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예의 혈당 추적 시스템을 도시하며, 이로써 시스템이 손목 시계에 구현된다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 혈당 추정 시스템을 도시하며, 이로써 안테나를 포함하는 보조 하우징이 이상적으로 손목에 착용되는 시계 또는 팔찌에 연결된다.
도 4는 개략적인 실시예의 혈당 추적 시스템을 도시하며, 이로써 소기에 따라, 결정된 혈당 수치들에 관련된 데이터가 컴퓨터, 디스플레이 또는 메모리 버퍼에 제공된다.
도 5는 다른 개략적인 실시예의 두 개의 송신기들을 포함하는 혈당 추적 시스템을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 측정 디바이스로부터 전송된 에너지가 전송되도록 허용되는 영역(들)을 제한하기 위해 환자에 사용되는 마스크를 도시한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 테스트 시퀀스를 도시하는 흐름도를 제공한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 비침습적인 생체 내 혈당 측정을 위한, 개략적인 실시예의 혈당 추적 시스템이 도시되어 있다. 시스템은 일반적으로, 동축 케이블(coaxial cable) 또는 웨이브가이드(waveguide)(일반적으로 참조 번호 16으로 표시됨)를 통해, 일반적으로 안테나(14)를 포함하는 안테나 어셈블리에 작동 가능하게(operatively) 연결되는 마이크로파 에너지 소스(예컨대, 송신기(12))를 갖는 측정 유닛(10)을 포함한다. 송신기(12)와 안테나(14)는 도시된 바와 같이 공통의 안테나 하우징(18) 내에 배치되거나, 서로 작동 가능하게 연결되도록 마련되는 개별 유닛들 내에 배치될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 안테나 어셈블리는 제어기/프로세서(24)를 포함하고, 이는 안테나(14)를 통해 전달되는 파워/에너지의 양을 측정하는 데 사용된다. 또한, 송신기(12)는 제어기(24)와 작동 가능한(operative) 통신을 할 수 있다.
송신기(12)는 매우 낮은 평균 파워 마이크로파 에너지 소스 및 짧은 듀티-사이클, 높은 임펄스 파워를 포함하며, 바람직하게는 무선 주파수 에너지를 전송하고, 더 바람직하게는 레이더 송신기들에 의해 사용되는 것과 유사한 펄스-형 전파 방출들을 방출한다. 송신기(12)는 환자의 소기의 타겟 영역(50)에 위치되는 적절한 피하 혈관들(20)을 향해 마이크로파 에너지를 집중시키고 전송하기 위해 안테나(14)로 공급한다. 사용 시, 측정 디바이스(10)는 타겟 영역(50)의 혈당 수치들을 결정하는 것을 돕기 위해, 근처의 혈관들(20)에 흡수되는 마이크로파 에너지를 측정한다. 보다 구체적으로, 제어기(24)는, 송신기(12)에 의해 생성되는 에너지가 안테나(14)에 의해 출력되는 정도를 결정함으로써, 혈관들(20)에 전달되는 파워를 측정한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 하우징(18)은 환자의 손목과 같은, 측정을 위해 피하 혈관들(20)에 근접한 환자의 피부(S) 상에 또는 그 근처에 배치된다.
도 7의 개략적인 예시를 참조하면, 시스템은 전체적으로 방출된 마이크로파 에너지가 타겟 영역(50)의 피하 또는 "표면에 가까운" 혈관들(20)로 전송되고, 바람직하게는 내부에서의 흡수에 의해 수용되는 정도를 측정함으로써 정의되고 고정되는 타겟 영역(50)에서의 환자의 혈당 수치들의 정확한 계산을 달성한다. 혈류에서 직접 획득되는 즉각적인 실시간 측정 값들은 미리 결정된 보정 값과 비교될 수 있다. 측정 값과 보정 값 사이의 차이(difference) 또는 "델타(delta)" 값은 분석과 계산을 통해 결과적인(resultant) 혈당 값을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 알고리즘은 제어기(24)에 저장된다. 보정 값은 제어기(24)의 일부로서 제공되는 메모리 버퍼(22)에 저장될 수 있다.
본 발명에 따라 정확한 측정을 위한 소기의 피하 혈관들(20)은 일반적으로 개인들의 손목들의 근처에서 확인되지만, 본 발명의 시스템은 본 발명의 사상(spirit)과 원리들(principles)에서 벗어나지 않고, 신체의 다른 부분들에도 사용될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 안테나(14)는, 바람직하게는 소기의 타겟 영역(50)에 근접한 피부 표면(S) 상에 안테나 하우징(18)을 배치함으로써, 소기의 타겟 영역에 인접하여 위치된다. 본 발명의 고유하고 매우 중요한 부분은 안테나(14)에 전달되는 마이크로파 에너지가 표면에 가까운 혈관들(20)의 특정 세그먼트들(segments)과 같이 정확하게 윤곽이 지정된 관심의 타겟 영역(들)에만 도달하도록 허용하는 각 타겟 환자 및 소기의 타겟 위치(50)에 대한
일반적으로 도 6에 도시된 개별적으로 맞춤화된 RF 마스크들(52)의 사용이다. 추가로 안테나 방사 로브 패턴(들), 선택되는 전송 주파수들, 및 사용되는 파워 레벨들을 최적화함으로써, 마이크로파 에너지는 상기 "표면에 가까운" 혈관들(20)을 포함하는 확정되는 특정 영역에서의 깊이로 더 포함되고, 형상화되며, 독점적으로 지향된다. 이러한 영역들에서의 피부(S)는 매우 얇기 때문에, 실제로 혈관 위치들을 쉽게 볼 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 영역들에는 안테나(14)와 타겟의 혈관들(20) 사이의 경로에 전송 경로를 과도하게 약화시키거나 방해할 것이 거의 없다는 것에 유의해야 한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 본질적으로, 본 발명이 직접 흡수 측정 시스템(direct absorptive measuring system)이라는 점에서, 그리고 고유하게는 피부 층들 및/또는 다른 신체 부위들을 통해 송신 엘리먼트에서 수신 엘리먼트로 전송된 투과된 에너지를 측정하는 것에 의존하지 않는다는 점에서, 기존의 다른 시스템들 및 방법들과 상이하다.
사용 시, RF 마스크(52)는 개별 환자를 위해 생성된 다음, 도 6에 도시된 바와 같이 소기의 타겟 영역(50) 위의 환자의 피부(S) 상에 놓이고 일시적으로 부착되며, 이 후 혈당 측정 및 추적을 위해 여기에 기술된 특정 유닛(10)과 함께 사용된다. 또한, RF 에너지가 전송되도록 허용되는 영역(들)을 제한하는 동일한 RF 마스크(52)는 본질적으로 타겟 영역(50) 외부에서 흡수되는 에너지의 측정들을 제한하고, 이에 따라 판독들의 정확도를 크게 증가시킨다. 개별화된 RF 마스크들(52)을 생성하기 위한 바람직한 방법들이 보다 상세하게 후술된다.
언급된 바와 같이, 타겟의 피하 혈관들(20)에 도달하는 데 필요로 되는 파워 레벨들은 레이더 송신기들에 의해 사용되는 것과 유사한 펄스-형 전파 방출들을 사용하여 달성된다. "피크(peak)" 파워 레벨들이 상대적으로 높을 수 있지만(필요한 깊이까지 피부를 관통하기 위해), 이러한 방출들의 듀티 사이클은 매우 낮고, 이는 "평균" 파워 레벨을 매우 낮게 만든다. 이것은 그러한 무선 송신기(12)를 매우 에너지 효율적으로 만들 뿐만 아니라, 그러한 방출들이 일반적으로 실험실 장비에 사용되는 연속적인 웨이브 방출들과 반대로 그러한 시스템을 착용한 개인에 의해 인지 가능한 온도 상승을 초래하지 않게 만든다.
흡수되는 에너지의 양을 결정하는 추정 프로세스(예컨대, 파워 판독 측정)는 다음의 프로세스들 중 하나 이상을 단독으로 또는 조합하여 이용할 수 있다.
첫 번째 접근에서, 안테나 어셈블리는 특정 시간 프레임 동안 특정 무선 주파수에서, 전달된 순방향(forward) 방출 피크 파워 레벨 및/또는 평균 파워 레벨들 중 하나를 측정한다. 보다 상세하게는, 마이크로파 펄스들이 안테나(14)에서 방출됨에 따라, 그들의 피크 전송 파워 레벨 및/또는 평균 파워 레벨이 제어기(24)에 의해 측정된다. 이 후, 최종 보정 판독/측정 시 기록된 보정 값과 비교하여 측정된 전송 에너지 파워 레벨에 대한 "델타" 값이 결정된다. 시스템은 알고리즘을 통해 측정된 에너지 파워 레벨들에 상응하는 새로 계산된 혈당 판독을 확인한다. 보다 상세하게는, 알고리즘은 특정 혈당 수치들을 에너지 흡수 데이터와 연관시킨다. 계산된/결정된 혈당 판독은 소기에 따라 디스플레이 및/또는 메모리 버퍼에 제공될 수 있다.
두 번째 접근에서, 타겟 혈관들(20)에 의해 실제로 전달 및/또는 수용되는 순방향 파워 레벨을 판독하는 대신에, 시스템은 보정 값과의 비교에서 "델타" 값을 결정하기 위해 소기의 타겟 영역(50)의 혈관들(20)에서의 반사(reflected) 에너지 파워 레벨들을 측정한다. 이러한 경우, 더 낮은 반사 파워 판독들이 타겟 영역(50)에서의 더 큰 에너지 수용을 나타내고, 이는 결과적으로 더 높은 포도당 수치들을 나타내고 추적할 것이다. 혈액 내 포도당의 수치들이 높을수록, 혈액이 에너지를 흡수하려는 의도(willingness)가 더 크고, 이는 반사 파워를 감소시킬 것이다. 첫 번째 접근인 계산된 "델타" 값과 마찬가지로, 시스템은 알고리즘을 통해 새로 계산된 혈당 판독을 확인한다. 계산된/결정된 혈당 판독은 소기에 따라 디스플레이 및/또는 메모리 버퍼에 제공될 수 있다.
세 번째 접근에서, 시스템은 특정 무선 주파수에서 송신기(12)로부터 정재파 비(standing wave ratio; SWR) 판독들을 측정하고, 이러한 측정으로부터, 보정 판독들과 관련하여 "델타" 값을 계산한다. 이러한 경우, SWR 판독들은 일반적으로 혈당 수치들을 추적하고, SWR 판독들은 혈당의 수치들이 낮을수록 상승하고, 수치가 높을수록 감소한다. 계산된 "델타" 값은, 소기에 따라 디스플레이 및/또는 메모리 버퍼에 제공될 수 있을 때, 적절한 혈당 판독을 결정하기 위해, 알고리즘을 통해 다시 사용된다.
위에 나열된 다양한 프로세스들은 고정된 주파수에서 발생하는 모든 파워 측정들을 갖는다. 네 번째 접근에 따르면, 송신기(12)는 미리 결정된 방식, 으로 송신 주파수를 순차적으로 변화시키도록 명령 받으며, 미리 결정된 주파수 범위 내에서 반복되는 저-투-고(low-to-high) 또는 고-투-저(high-to-low) 방식의 주파수 스테핑(stepping)을 수행한다. 사용되는 개별적으로 전송되는 무선 주파수들의 각각에서의 에너지 수용량은 전달되는 피크 또는 평균 전력에 대해 측정된 다음, 동일한 측정 사이클(cycle)에서 다른 주파수와 비교된다. 주파수들 사이에서의 흡수율의 변화는 포도당 수치들의 변화를 추적하고, 하나 이상의 추정 방법들을 사용하여 혈당 값으로 추정될 것이다. 이러한 방법과 함께 사용될 수 있는 일 실시예는 최대 에너지 흡수를 수용한 주파수의 위치를 동적으로 분석할 것이며, 이 후에 이는 "중심(center)" 또는 "인덱스(index)" 주파수가 될 것이다. 이 "인덱스" 주파수는 오프셋(offset) 값을 생성하기 위해, 최종 보정 "인덱스" 주파수와 비교될 것이다. 이 오프셋 값은 계산된 혈당 값을 결정하기 위해 스케일링(scaling) 알고리즘에 적용될 것이며, 이 후에 이는 소기에 따라 디스플레이 및/또는 메모리 버퍼에 제공될 수 있다.
유사한 접근은 네 번째 접근의 주파수 호핑(frequency hopping)을 사용할 수 있지만, "중심" 또는 "인덱스" 주파수에 대해 해결하고 분석하기 보다는, 이 접근은 대신에 미리 결정된 임계 값을 초과하는 마이크로파 에너지 흡수 활동을 보인 주파수들의 "스프레드(spread)" 또는 대역폭을 표시하기 위해 모든 다양한 전송 주파수들의 에너지 변화들을 분석한 다음, 임계 값을 초과하는 주파수들의 즉각적인 스프레드를 최종 보정에서 획득된 판독들의 스프레드와 비교할 것이다. 알고리즘은 차이 값을 도출하기 위해 스프레드의 증가 또는 감소를 분석할 것이고, 이 값은 혈당 판독을 계산하기 위해 알고리즘에 적용될 것이며, 이 후에 이는 소기에 따라 디스플레이 및/또는 메모리 버퍼에 제공될 수 있다.
각 후속의 주기적인 마이크로파 방출과 함께, 측정 유닛(10)은 모든 새로운 데이터를 기록하고, 즉각적인 파워 레벨과 이전의 보정 값 사이의 전달된/수용된 파워 레벨의 변화에 대한 추정에 기반하여 혈당 값을 결정할 것이다. 일 예로, 보정 엔트리(calibration entry)가 100의 직접 혈당 판독을 초래하고, 그 포도당 수치의 혈액이 송신기(12)로부터 100 밀리와트(milliwatts)의 파워를 수용하는 경우(시스템이 1:1 알고리즘을 사용한다고 가정하는 경우), 타겟 영역(50)으로 전달되는 파워의 10 % 증가, 즉 110 밀리와트를 보이는 새로운 테스트 판독은 110 mg/dl의 혈당 수치로 계산될 것이다.
베이스 송신기(base transmitter)(12) 및 안테나 어셈블리를 통해 감지되는 파워에 더하여, 본 발명에 따른 혈당 추적 시스템 및 방법은 혈당 판독들의 정확도를 향상시키기 위해 추가적인 선택적(optional) 보상 방법들을 이용할 수 있다. 이러한 방법들은 다음과 같다.
(A) 혈관들(20)을 통과하는 혈류(blood flow)의 속도(rate) 변화에 보상하기 위해 통합된 맥박 센서(pulse rate sensor). 더 빠르거나 더 느린 혈류는 에너지 수용률을 변경할 것이고, 계산된 결과들을 치명적으로 왜곡할 수 있다. 이에 대해 보상하기 위해, 맥박 센서가 이러한 변수에 대한 동적 보상을 가능하게 하기 위해, 선택적으로 통합될 것이다.
(B) 소기의 타겟 영역(50)에 근접한 피부 온도 센서는, 온도 보상이 체온 변화들로 인한 혈관 직경들 변화(예컨대, 혈관 확장(vasodilation); 혈관 수축(vasoconstriction))에 대해 최적화하기 위해 적용되도록 한다.
(C) 피부 갈바닉(galvanic) 반응을 측정함으로써, 바람직하게는 피부 온도 모니터와 함께, 이러한 측정이 마이크로파 흡수율을 왜곡시킬 수 있는 측정 유닛(10)의 영역 내에서의 땀 생성 레벨을 결정할 수 있다. 그 결과로, 시스템은 피부 갈바닉 데이터의 측정에 기반하여 땀 생성에 대해 보상할 수 있다.
(D) 혈액은 일반적으로 평균 92%의 물이지만, 환자의 수화(hydration) 레벨들이 크게 변할 때들이 있다. 물에 대해 더 공진하는(포도당에 대한 하나 이상의 공진과 반대로) 주파수에서의 주기적인 마이크로파 에너지 측정이 환자의 다양한 수화 레벨들을 처리하기 위해, 측정 유닛(10)을 연속적으로 보정하는 데 사용될 수 있다. 이중 대역 마이크로파송신기들 또는 넓은 주파수 편차들(variances)에서 동작할 수 있는 광대역의 단일 대역 송신기는, 하나의 주파수 또는 송신기가 물 레벨들을 모니터링하는 데 전용이 되도록 허용하는 한편, 다른 주파수 또는 송신기는 상술된 방식으로 포도당 검출을 위해 최적화될 것이다.
추가적인 측정 및 디스플레이 수단이 측정 유닛(10)과 함께 제공될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 스크린(26)이 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 안테나 하우징(18) 상에 제공될 수 있다. 추가적으로, 측정 유닛(10)은 손목 주위에 착용되는 팔찌 또는 시계(28)의 일부이거나 또는 그 형태를 취할 수 있거나, 예를 들어 접착제에 의해 피부(S)에 부착되는 국부적인(localized) 유닛을 포함할 수 있다. 측정 유닛(10)에 의해 획득되는 혈당 측정들의 표시 및/또는 기록을 위해, 측정 유닛(10)으로부터 컴퓨터, 태블릿 또는 스마트폰과 같은 다른 유닛(32)으로 데이터를 전송하도록, 추가적인 송신 수단(30)이 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 팔찌 또는 시계(28)의 형태의 측정 유닛(10)은 측정된 데이터를 저장한 다음, 환자의 혈당 측정들의 추가 저장, 모니터링 및 분석을 위해 컴퓨터(32)와 동기화될 수 있다.
본 발명에 따른 혈당 추적 시스템은 상술되고 도 1에 도시된 바와 같이 별개의 "독립형(statnd-alone)" 시스템이거나, 눈에 띄지 않는(non-apparent) 방식으로 손목의 표면에 가까운 혈관들(20)을 이용하기 위해, 손목에 착용되는 관련 없는 아이템(예컨대, 시계 또는 장신구)에 통합될 수 있다. 송신기(12) 및 그와 연관된 제어 컴포넌트들을 포함하는 시계(28)의 경우, 소형의 웨이브가이드(34)의 작은 고정된 또는 유연한 섹션(section)이 시계(28)의 본체에 부착될 수 있는 한편, 다른 단부는 측정을 위해 소기의 타겟 영역 위에 배치되는 분리 가능한 보조 "사이드 카(side car)" 안테나 하우징(36)에 연결될 것이다. 따라서, 안테나(14) 및 그와 연관된 제어 컴포넌트들(24)을 포함하는 이러한 보조 안테나 하우징(36)은 측정들을 위해 시계(28)에 부착되고, 필요로 되지 않을 때 분리될 수 있다. 하우징들(18, 26)이 부착될 때, 안테나(14)는 시계(28)의 밴드(band)를 통해 진행되는 웨이브가이드 또는 동축 케이블(34)을 통해 송신기(12)에 연결될 수 있다. 시계 또는 도 2에 도시된 바와 같은 "스마트 시계"의 경우, 본 발명에 따른 혈당 추적 시스템은 그의 필수 부분으로서 통합될 수 있으며, 시계(28)에 존재하는 디지털 리드아웃(26)은 즉각적인 혈당 판독들을 표시하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 인접한 소기의 타겟 영역(50)을 향해 안테나 에너지를 제한하기 위한 금속 차폐물 또는 시계 밴드 세그먼트들 내에 위치되는 송신기(12) 또는 다른 장비들에 파워를 공급하기 위한 배터리를 통합함으로써, 수 많은 다른 창의적인 물리적 실시예들이 본 발명의 사상 및 원리들에 벗어나지 않고 이용될 수 있다.
또한, 시스템은, 컴퓨터, 태블릿 또는 스마트폰과 같은 별도의 디스플레이(32)나 저장 디바이스(38), 또는 인슐린 펌프(40)와 같은 디바이스에 로우(raw) 또는 계산된 데이터 출력을 중계하기 위해, 별도의 데이터 송신기(30)를 통합할 수 있다(언급된 바와 같이, 샘플링 송신기(12)에 추가됨). 이러한 디바이스들의 제조자 또는 모델에 따라, 데이터 출력은 언급된 바와 같이, 표시 및/또는 저장을 위해 적절한 사유(proprietary) 포맷으로 전송될 것이다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법은, 혈당 값이 알려진 "제어" 판독과 혈당 값이 알려져 있지 않고 결정될 필요가 있는 즉각적인 판독의 차이들을 비교하여, 즉각적인 혈당 판독들을 도출한다. "제어" 판독은 보정 값일 수 있으며, 이는 시스템을 사용한 이러한 각 보정 측정 후에 조정될 수 있다(예를 들어, 새로운 제어 측정 값은 다음 측정을 위한 보정 값이 됨). 수용되는 마이크로파 에너지의 레벨로 즉각적인 포도당 판독들을 적절하게 추정하기 위해, 주기적인 보정이 기존의 "손가락 스틱(finger stick)" 혈당 검사 방법 또는 실제 혈당 수치들을 적절하게 결정하는 다른 수단을 이용하는 것과 같은 적절한 측정 방법에 의해 수행될 것이다. 이 데이터는 측정 유닛(10)에 표준 기준 측정을 제공할 것이며, 이 후에 이는 후속의 혈당 판독들을 제공 및 추적하기 위해 개인의 특정 신체 및 신체 타겟 위치(예컨대, 손목의 특정 혈관들)에 대한 후속의 판독들을 비교하는 데 사용될 것이다.
도 6에 도시된 바와 같은 고유한 개별화된 RF 안테나 마스크들(52)을 생성하기 위해, 두 가지의 바람직한 마스크 생성 방법들이 이용될 수 있다. 첫 번째의 "수동(manual)" 방법은, 개인의 손목 또는 소기의 타겟 영역(50)과 연관된 다른 위치의 주위를 일시적으로 감싸고 제자리에 고정되는, 얇은 조각의 마일러(Mylar) 또는 다른 유연한 투명 재료를 이용한다. 마킹 펜(marking pen)이 후속의 위치 기준 안내(positioning reference guidance)를 제공하기 위해, 대상의 팔 또는 다른 신체 부위의 폭을 따라 안테나(14)에 대한 정확한 타겟 영역(50)의 윤곽을 그리는 데 사용된다. 제거 후에, 유연한 시트가 빈 안테나 마스크 위에 놓이고, 오버레이(overlay)가 마스크 개방(opening) 영역의 절단(cutting)을 안내하는 데 사용된다. RF 마스크(52)가 생성되면, 그것은 소기의 타겟 영역(50)에서 환자의 피부(S)에 배치되고 일시적으로 부착될 수 있으며, 혈당 수치들의 측정 및 추적을 위해 여기에 기술된 측정 유닛(10)과 함께 사용될 수 있다.
두 번째의 바람직한 RF 마스크 생성 방법은, 소기의 타겟 영역(50)이 가시적 및/또는 열적 적외선 스펙트럼에서 촬영되거나 스캔되는 "자동(automatic)" 방법이다. 열적 데이터는 최상의 감지 영역들을 설정하는 데 더 사용될 수 있다. 또한, 물리적 측정이 소기의 타겟 영역(50)을 둘러싸는 일반 영역에 대해 이루어진다. 결과(resulting) 포토 데이터는 측정들에 따라 절단 정보를 스케일링하는 레이저 절단기 또는 CNC 기계로 공급된 다음, 최적화된 타겟 영역 기준에 상응하도록 마스크되지 않은(unmasked) 영역을 자동으로 선택하고 윤곽을 그린다. 절단 기계(들)는 비(non)-RF 투과성 재료 시트에 마스크 오프닝(opening)을 직접 생성할 수 있다. 이러한 자동 선택 프로세스는 수집된 가시적 정보 또는 수집된 IR 열적 정보 또는 둘 다의 결과일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 전술된 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 본 발명을 개시된 형태로 한정하거나 제한할 의도는 아니다. 상기 설명에 비추어 명백한 수정들 및 변경들이 가능하다. 설명된 실시예들은 본 발명의 원리들 및 그의 실제 적용들을 가장 잘 설명하기 위해 선택되어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 고려되는 특정 사용에 적합한 다양한 변형들로 다양한 실시예들에서 본 발명을 이용할 수 있게 한다.

Claims (28)

  1. 내부에 배치된 안테나 어셈블리(antenna assembly)를 갖는 안테나 하우징 - 상기 안테나 하우징은 측정될 혈관들(blood vessels)을 포함하는 소기의(desired) 타겟 영역(target area)에 근접한 환자의 피부 상에 또는 그 근처에 배치되도록 구성되고, 상기 안테나 어셈블리는 안테나를 포함함 -; 및
    상기 안테나를 통해 상기 타겟 영역의 상기 혈관들로 마이크로파 에너지(microwave energy)를 전송하기 위해 상기 안테나에 작동 가능하게(operatively) 연결되는 송신기
    를 포함하고,
    상기 안테나 어셈블리는,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들에 흡수된 마이크로파 에너지를 측정하고,
    상기 환자의 혈당(blood glucose) 수치(level)와 상관될 수 있는 흡수된 마이크로파 에너지 측정 값을 결정하는,
    혈당 측정 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 흡수된 마이크로파 에너지 측정 값을 보정 값과 비교하여 상기 값들 사이의 차이를 확인한 후, 상기 차이에 기반하여 혈당 값을 결정하기 위한 제어기
    를 더 포함하는,
    혈당 측정 디바이스.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 소기의 타겟 영역의 상기 혈관들은,
    피하(subcutaneous) 혈관들인,
    혈당 측정 디바이스.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는,
    상기 소기의 타겟 영역에 근접한 상기 환자의 팔에 배치되도록 구성되는,
    혈당 측정 디바이스.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는,
    상기 환자의 손목에 배치되도록 구성되는,
    혈당 측정 디바이스.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 안테나 하우징이 부착되는 스트랩(strap)
    을 더 포함하고,
    상기 스트랩은,
    상기 환자의 팔을 감싸도록 구성되는,
    혈당 측정 디바이스.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 흡수된 마이크로파 에너지 측정 값에 대응하는 측정 데이터를 표시하기 위한 비주얼 디스플레이(visual display)
    를 더 포함하는,
    혈당 측정 디바이스.
  8. 제1 항에 있어서,
    측정 데이터를 상기 측정 데이터의 표시 및 저장 중 적어도 하나를 위해 외부 디바이스로 전송하기 위한 제2 송신기
    를 더 포함하는,
    혈당 측정 디바이스.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로파 에너지는,
    마이크로파 펄스들(pulses)의 형태인,
    혈당 측정 디바이스.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 어셈블리는,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들로 전달되는 실제(actual) 에너지 파워 레벨들을 측정하는,
    혈당 측정 디바이스.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 어셈블리는,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들로 전달되는 반사(reflected) 에너지 파워 레벨들을 측정하는,
    혈당 측정 디바이스.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 어셈블리는,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들에서의 에너지 흡수를 나타내는 정재파 비(standing wave ratio)를 측정하는,
    혈당 측정 디바이스.
  13. 환자의 혈당 측정을 위한 방법에 있어서,
    정해진 혈당 값과 관련하여 상기 환자의 소기의 타겟 영역 내 혈관들에서의 마이크로파 흡수에 대한 보정 값을 설정하는 단계;
    마이크로파 에너지를 상기 타겟 영역의 상기 혈관들로 전송하는 단계;
    측정 값을 결정하기 위해, 상기 타겟 영역의 상기 혈관들에 의해 흡수된 투과된(transmitted) 마이크로파 에너지의 양을 측정하는 단계;
    계산된 파워 차이 값(differential value)을 생성하기 위해, 상기 측정 값을 상기 보정 값과 비교하는 단계; 및
    상기 계산된 파워 차이 값을 나타내는 혈당 값을 결정하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 혈당 값은,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들에 의해 흡수된 측정된 파워 레벨로부터의 값을 추정함(extrapolating)으로써 결정되는,
    방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    정해진 포도당(glucose) 값과 연관된 파워 값은,
    상기 환자의 추가 혈당 측정을 위해 상기 보정 값을 생성하는 데 사용되는,
    방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 투과된 마이크로파 에너지의 양은,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들에 의해 흡수된 실제 에너지 파워 레벨들을 측정함으로써 측정되는,
    방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 투과된 마이크로파 에너지의 양은,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들에 대해 반사 에너지 파워 레벨들을 측정함으로써 측정되는,
    방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 투과된 마이크로파 에너지의 양은,
    상기 타겟 영역의 상기 혈관들에서의 에너지 흡수를 나타내는 정상파 비를 측정함으로써 측정되는,
    방법.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 환자의 상태와 관련된 추가적인 감지된 값들에 기반하여 상기 계산된 혈당 값을 조정하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 추가적인 감지된 값들은,
    상기 환자의 맥박수, 피부 온도, 피부 갈바닉(galvanic) 반응 및 수화(hydration) 레벨 중 적어도 하나를 포함하는,
    방법.
  21. 제13 항에 있어서,
    상기 계산된 혈당 값을 표시하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  22. 제13 항에 있어서,
    계산된 혈당 값 및 그와 연관된 계산된 파워 차이 값을 저장하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  23. 제13 항에 있어서,
    미리 결정된 주파수 범위 내에서 상기 마이크로파 에너지의 전송 주파수를 변화시키는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  24. 제13 항에 있어서,
    상기 소기의 타겟 영역의 상기 혈관들은,
    피하 혈관들인,
    방법.
  25. 제13 항에 있어서,
    상기 소기의 타겟 영역에 근접한 상기 환자의 피부 상에 또는 그 근처에 측정 디바이스를 위치시키는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 측정 디바이스는,
    안테나를 갖는 안테나 하우징, 및
    상기 안테나를 통해 상기 타겟 영역의 상기 혈관들로 마이크로파 에너지를 전송하기 위해 상기 안테나에 작동 가능하게 연결된 송신기
    를 포함하는,
    방법.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는,
    상기 소기의 타겟 영역에 근접한 상기 환자의 팔에 위치되는,
    방법.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는,
    상기 환자의 손목에 위치되는,
    방법.
  28. 제25 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스를 위치시키는 단계 전에,
    상기 소기의 타겟 영역의 크기, 모양 및 위치와 상관되는 무선(radio) 주파수 마스크(mask)를 생성하는 단계, 및
    상기 소기의 타겟 영역에 근접한 상기 환자의 피부에 상기 마스크를 배치하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
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