현재 당뇨 환자들이 사용하는 혈당 측정법은 손끝의 혈액을 채취하는 방법으로 가장 많이 사용되지만 이는 불편할 뿐만 아니라 통증을 수반하기 때문에 하루 평균 2회 정도의 측정에 그치고 있다. 이로 인해 당뇨 환자의 대부분이 저혈당으로 인한 쇼크, 케토시스, 혈당조절 실패로 인한 시력감퇴나, 당뇨발등의 합병증 유발의 위험을 안고 있다. 이 연구에서는 이러한 기존의 혈당 측정기의 문제점을 해결하고 당뇨 환자들이 보다 간편하게 혈당을 측정할 수 있도록 근적외선 ...
현재 당뇨 환자들이 사용하는 혈당 측정법은 손끝의 혈액을 채취하는 방법으로 가장 많이 사용되지만 이는 불편할 뿐만 아니라 통증을 수반하기 때문에 하루 평균 2회 정도의 측정에 그치고 있다. 이로 인해 당뇨 환자의 대부분이 저혈당으로 인한 쇼크, 케토시스, 혈당조절 실패로 인한 시력감퇴나, 당뇨발등의 합병증 유발의 위험을 안고 있다. 이 연구에서는 이러한 기존의 혈당 측정기의 문제점을 해결하고 당뇨 환자들이 보다 간편하게 혈당을 측정할 수 있도록 근적외선 분광분석법 (NIRS ; near infrared spectroscopy)을 이용한 무채혈 혈당측정법을 개발하고자 하였다. 근적외선 분광분석법을 이용한 혈당 측정법의 목표는 근적외선을 피부에 조사시켜 채혈하지 않고 무통증으로 정확한 혈당을 측정하는 것이다. 새롭게 개발된 휴대용 근적외선 분광분석기는 tungsten-halogen lamp 광원과 photodiode array 형태의 검출기로 구성되었다. 임상실험에 앞서 글루코오스 분말의 스펙트럼을 측정해 글루코오스 분자가 갖는 특징적인 파장을 확인하고 글루코오스 완충 용액의 정량을 통해 근적외선 영역에서 글루코오스 정량 가능성을 알아보았다. 글루코오스 완충용액의 스펙트럼과 농도에 대해 부분 최소 제곱 회귀분석법을 실시한 결과 SEP (standard error of prediction) 19 ㎎/㎗(9.58 %)의 좋은 정량성을 보였다. 피험자를 대상으로 하는 혈당 측정 시험은 3회에 걸쳐 실시되었으며 근적외선 분광분석법을 이용하여 얻은 결과와 Glucose analyzer 2 (Beckman Instrument, Inc., USA)의 결과를 부분 최소 제곱 회귀 분석법으로 통계 처리하였다. 또, 임상적 활용 의의를 알아보기 위해 error grid를 이용하여 분석하였다. 각 신체 부위별로 최적의 프로브 조건을 찾기 위해 발광부와 검출부 사이의 거리가 각각 0.03, 0.1, 0.5 mm인 세가지 프로브를 이용해 손가락 끝, 귓불, 안쪽의 스펙트럼을 측정하였다. 프로브의 발광부와 검출부 사이의 거리가 멀수록 피부에 더 깊이 침투한다는 가정을 전제로 실험하였다. 그 결과 세가지 프로브 중 거리가 가장 짧아 깊이 투과되지 않는 0.03㎜ 프로브는 얇은 귓불 측정 시 SEP가 33㎎/㎗ (22 %)로 기장 좋은 결과를 보였고, 입술 안쪽 부위는 0.1㎜ 거리 프로브를 이용했을 때 SEP가 33㎎/㎗ (25 %)로 0.03㎜ 거리의 프로브의 40 ㎎/㎗ SEP 보다 좋은 결과를 얻었지만 0.5 ㎜ 프로브를 적용해보지 못해 최적의 조건을 찾을 수 없었다. 마지막으로 0.5 ㎜ 거리 프로브를 이용해 손가락을 측정했을 때 SEP가 25 ㎎/㎗ (19 %)로 가장 좋은 결과를 보였다. 휴대용 근적외선 분광분석기를 이용한 글루코오스 완충 용액 정량과 세 차례의 임상 시험을 통해 근적외선을 이용한 무혈 혈당 측정의 가능성을 확인하고 근적외선을 이용한 무혈 혈당 측정에 필요한 기초적인 방법들을 개발하였다.
현재 당뇨 환자들이 사용하는 혈당 측정법은 손끝의 혈액을 채취하는 방법으로 가장 많이 사용되지만 이는 불편할 뿐만 아니라 통증을 수반하기 때문에 하루 평균 2회 정도의 측정에 그치고 있다. 이로 인해 당뇨 환자의 대부분이 저혈당으로 인한 쇼크, 케토시스, 혈당조절 실패로 인한 시력감퇴나, 당뇨발등의 합병증 유발의 위험을 안고 있다. 이 연구에서는 이러한 기존의 혈당 측정기의 문제점을 해결하고 당뇨 환자들이 보다 간편하게 혈당을 측정할 수 있도록 근적외선 분광분석법 (NIRS ; near infrared spectroscopy)을 이용한 무채혈 혈당측정법을 개발하고자 하였다. 근적외선 분광분석법을 이용한 혈당 측정법의 목표는 근적외선을 피부에 조사시켜 채혈하지 않고 무통증으로 정확한 혈당을 측정하는 것이다. 새롭게 개발된 휴대용 근적외선 분광분석기는 tungsten-halogen lamp 광원과 photodiode array 형태의 검출기로 구성되었다. 임상실험에 앞서 글루코오스 분말의 스펙트럼을 측정해 글루코오스 분자가 갖는 특징적인 파장을 확인하고 글루코오스 완충 용액의 정량을 통해 근적외선 영역에서 글루코오스 정량 가능성을 알아보았다. 글루코오스 완충용액의 스펙트럼과 농도에 대해 부분 최소 제곱 회귀분석법을 실시한 결과 SEP (standard error of prediction) 19 ㎎/㎗(9.58 %)의 좋은 정량성을 보였다. 피험자를 대상으로 하는 혈당 측정 시험은 3회에 걸쳐 실시되었으며 근적외선 분광분석법을 이용하여 얻은 결과와 Glucose analyzer 2 (Beckman Instrument, Inc., USA)의 결과를 부분 최소 제곱 회귀 분석법으로 통계 처리하였다. 또, 임상적 활용 의의를 알아보기 위해 error grid를 이용하여 분석하였다. 각 신체 부위별로 최적의 프로브 조건을 찾기 위해 발광부와 검출부 사이의 거리가 각각 0.03, 0.1, 0.5 mm인 세가지 프로브를 이용해 손가락 끝, 귓불, 안쪽의 스펙트럼을 측정하였다. 프로브의 발광부와 검출부 사이의 거리가 멀수록 피부에 더 깊이 침투한다는 가정을 전제로 실험하였다. 그 결과 세가지 프로브 중 거리가 가장 짧아 깊이 투과되지 않는 0.03㎜ 프로브는 얇은 귓불 측정 시 SEP가 33㎎/㎗ (22 %)로 기장 좋은 결과를 보였고, 입술 안쪽 부위는 0.1㎜ 거리 프로브를 이용했을 때 SEP가 33㎎/㎗ (25 %)로 0.03㎜ 거리의 프로브의 40 ㎎/㎗ SEP 보다 좋은 결과를 얻었지만 0.5 ㎜ 프로브를 적용해보지 못해 최적의 조건을 찾을 수 없었다. 마지막으로 0.5 ㎜ 거리 프로브를 이용해 손가락을 측정했을 때 SEP가 25 ㎎/㎗ (19 %)로 가장 좋은 결과를 보였다. 휴대용 근적외선 분광분석기를 이용한 글루코오스 완충 용액 정량과 세 차례의 임상 시험을 통해 근적외선을 이용한 무혈 혈당 측정의 가능성을 확인하고 근적외선을 이용한 무혈 혈당 측정에 필요한 기초적인 방법들을 개발하였다.
Currently used method for the measurement of capillary blood glucose is enzymatic assays using invasive type equipments. It requires patients to prick their fingers to take small blood samples several times a day. Then many diabetic patients avoid frequent and continuous blood glucose monitoring and...
Currently used method for the measurement of capillary blood glucose is enzymatic assays using invasive type equipments. It requires patients to prick their fingers to take small blood samples several times a day. Then many diabetic patients avoid frequent and continuous blood glucose monitoring and involve some risk of the complications such as eye, kidney, and nerve disorders. To solve the problems of invasive method, a noninvasive method for blood glucose measurement using near infrared spectroscopy was developed. A portable near infrared (NIR) system which was newly integrated by our lab has been used to develop a non-invasive blood glucose monitoring. The portable NIR system includes a tungsten halogen lamp, a photo diode array type-InGaAs detector, and specialized reflectance fiber optic probes. Calibration models are generated for glucose in buffer solution over the 0500 mg/dL concentration range by use of partial least squares regression (PLSR) analysis of near infrared spectra from 1100 to 1750 nm. The resulting calibration models provide standard error of prediction (SEP) of 19 mg/dL. NIR reflectance spectra of different parts of human body (finger tip, earlobe, and inner lip) were acquired using specialized reflectance fiber optic probes. The shape of probes is composed of two parts, one for illumination into sample and the other for receiving the radiation from sample. Three kinds of probes with different distance between illumination and receiving part, such as 0.03, 0.1, and 0.5 mm, were investigated for optimization. The spectra were collected over the spectral range 1100 --1730 nm. PLSR was applied for the calibration and validation for the determination of blood glucose levels. Calibration modeling results were compared based on the kinds of probes and the measured human body parts. The results of calibration models showed a specific trend by the distance of fiber optic probe. The best result for ear model is SEP of 33 mg/dL with 0.03 mm distance probe. The best result for inner lip model is SEP of 33 mg/dL with 0.1 mm distance probe. The best result for finger tip model is SEP of 25 mg/dL with 0.5 mm distance probe. This trend indicated that the distance of fiber optic probe had an effect on penetration depth into skin tissue of human body and the optimum distance of fiber optic probe according to the parts of human body should be considered. This study provides the useful information concerning sample presentation for non-invasive blood glucose monitoring and demonstrates the feasibility of using a portable NIR spectrometer for the noninvasive measurement of blood glucose.
Currently used method for the measurement of capillary blood glucose is enzymatic assays using invasive type equipments. It requires patients to prick their fingers to take small blood samples several times a day. Then many diabetic patients avoid frequent and continuous blood glucose monitoring and involve some risk of the complications such as eye, kidney, and nerve disorders. To solve the problems of invasive method, a noninvasive method for blood glucose measurement using near infrared spectroscopy was developed. A portable near infrared (NIR) system which was newly integrated by our lab has been used to develop a non-invasive blood glucose monitoring. The portable NIR system includes a tungsten halogen lamp, a photo diode array type-InGaAs detector, and specialized reflectance fiber optic probes. Calibration models are generated for glucose in buffer solution over the 0500 mg/dL concentration range by use of partial least squares regression (PLSR) analysis of near infrared spectra from 1100 to 1750 nm. The resulting calibration models provide standard error of prediction (SEP) of 19 mg/dL. NIR reflectance spectra of different parts of human body (finger tip, earlobe, and inner lip) were acquired using specialized reflectance fiber optic probes. The shape of probes is composed of two parts, one for illumination into sample and the other for receiving the radiation from sample. Three kinds of probes with different distance between illumination and receiving part, such as 0.03, 0.1, and 0.5 mm, were investigated for optimization. The spectra were collected over the spectral range 1100 --1730 nm. PLSR was applied for the calibration and validation for the determination of blood glucose levels. Calibration modeling results were compared based on the kinds of probes and the measured human body parts. The results of calibration models showed a specific trend by the distance of fiber optic probe. The best result for ear model is SEP of 33 mg/dL with 0.03 mm distance probe. The best result for inner lip model is SEP of 33 mg/dL with 0.1 mm distance probe. The best result for finger tip model is SEP of 25 mg/dL with 0.5 mm distance probe. This trend indicated that the distance of fiber optic probe had an effect on penetration depth into skin tissue of human body and the optimum distance of fiber optic probe according to the parts of human body should be considered. This study provides the useful information concerning sample presentation for non-invasive blood glucose monitoring and demonstrates the feasibility of using a portable NIR spectrometer for the noninvasive measurement of blood glucose.
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