[논문]근적외선 분광법 기반 비침습식 혈당 검출 센서 시스템

강영만; 한순희

doi:10.13067/jkiecs.2021.16.5.991

근적외선 분광법 기반 비침습식 혈당 검출 센서 시스템
Non-invasive Blood Glucose Detection Sensor System Based on Near-Infrared Spectroscopy 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.16 no.5, 2021년, pp.991 - 1000

강영만 (전남대학교 문화콘텐츠학부) , 한순희 (전남대학교 문화콘텐츠학부)

초록
AI-Helper

비침습식 혈당 검출 기술 중 광학 기법은 생물학적 매체를 통과할 때 빛의 반사와 흡수 및 산란 특성을 이용하는 방법으로 통증이나 측정의 불편함을 감소시키고 감염 위험이 없어 혈당 검출 연구의 주요 흐름이 되고 있다. 이 중 근적외선 분광법은 혈당 분자와 유사한 흡수 기능을 공유하는 단백질과 산의 간섭들로 감지된 신호 분석 시 복잡성이 증가하는 단점이 있다. 본 연구에서는 근적외선의 피부 흡수로 발생할 수 있는 혈당검출 기능저하를 완화시키기 위해 다중 근적외선 대역의 비침습식 센서시스템을 설계하고 제작하였다. 제작한 시스템의 검증을 위해 혈액 조사를 실시하였으며, 혈액 내의 혈당 반응 정도를 스펙트럼 데이터로 수집하고, 데이터와 혈당과의 상관관계 관점에서 정량적으로 본 연구의 성과를 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Among non-invasive blood glucose detection technologies, the optical technique is a method that uses light reflection, absorption, and scattering characteristics when passing through a biological medium. It reduces pain or discomfort in measurement and has no risk of infection. So it is becoming a major flow of blood glucose detection research. Among them, near-infrared spectroscopy has a disadvantage in that the complexity increases when analyzing signals detected due to interferences between proteins and acids that share a similar absorption function with blood glucose molecules. In this study, a non-invasive sensor system with multiple near-infrared bands was designed and manufactured to alleviate the deterioration of blood glucose detection function that may occur due to skin absorption of near-infrared rays. A blood survey was conducted to verify the system, and the degree of blood glucose response in the blood was collected as spectral data, and the results of this study were quantitatively verified in terms of correlation between the data and blood glucose.

주제어

표/그림 (16)

표 표 1. 근적외선 스펙트럼 분석의 장점과 단점 Table 1. Advantages and Disadvantages of Near Infrared Spectrum Analysis
그림 그림 1. 혈당측정기의 정면(왼쪽)과 측면(오른쪽) 사진 Fig. 1 Front(left) and side(right) pictures of a blood glucose meter
표 표 2. 센서 모듈 사양 Table 2. Sensor Module Specifications
그림 그림 2. 빛의 파장에 따른 피부 침투 깊이 Fig. 2 Tissue penetration depths of various wavelengths
그림 그림 3. 실험용 기기의 센서부 모듈의 구성 Fig. 3 Configuration of Sensor Module on Laboratory Instrument
표 표 3. 기기의 광원 밝기 조절에 사용된 전류 값 Table 3. Current value used to adjust the brightness of the light source
표 표 4. 혈당측정기 부품 규격 Table 4. Specifications of Blood Glucose Meter Parts
그림 그림 4. 실험용 혈당 측정기기의 블록도 Fig. 4 Block diagram of laboratory blood glucose measurement device
그림 그림 5. 센싱부의 CMOS 센서 Fig. 5 CMOS sensor in sensing part
그림 그림 6. 혈당 농도별 혈액시료 준비과정 Fig. 6 Blood samples preparation process by blood glucose concentration
표 표 5. 실험용 도구 규격 Table 5. Specifications of laboratory tools
표 표 6. 혈당 농도별 혈액시료 제조를 위한 포도당용액과 혈액량 혼합 비율 Table 6. Glucose and blood mixture ratio for blood sample manufacture according to blood glucose concentration
그림 그림 7. 실험에 따른 단계별 장면 사진 Fig. 7 Step-by-step experiment photos
표 표 7. 기기의 광원 제어에 따른 유효 파장 범위 Table 7. Effective wavelength range according to the light source control
그림 그림 8. 스펙트럼 상 최대 상관계수(-0.858)를 나타내는 파장 영역의 그래프 Fig. 8 Graph of the wavelength region representing the maximum correlation coefficient (-0.858) on the spectrum
표 표 8. 스펙트럼 파장별 데이터와 혈당 농도 간의 Pearson 상관계수 Table 8. Pearson correlation coefficient between spectral wavelength-specific data and blood glucose concentration

참고문헌 (17)

C. E. F. do Amaral and B. Wolf, "Current development in non-invasive glucose monitoring," Medical Engineering & Physics, vol. 30, no. 5, 2008, pp. 541-549.

상세보기
S. Hong, "Design and Implementation of Healthcare System Based on Non-Contact Biosignal Measurement," Journal of the Korea institute of electronic communication sciences, vol. 15, no. 1, 2020, pp. 185-190.

원문보기 상세보기
H. Lee and J. Oh, "Design and Implementation of Non-contact IoT Ringer Replacement Automatic Notification System," Journal of the Korea institute of electronic communication sciences, vol. 13, no. 6, 2018, pp. 1405-1410.

원문보기 상세보기
W. Ahn and J. Kim, "Blood Glucose Measurement Principles of Non-invasive Blood Glucose Meter: Focused on the Detection Methods of Blood Glucose," Journal of Biomedical Engineering Research, no. 33, 2012, pp. 114-127.
S. Yeh, C. F. Hanna, and O. S. Khalil, "Monitoring blood glucose changes in cutaneous tissue by temperature-modulated localized reflectance measurements," Clinical Chemistry, vol. 49, no. 6, 2003, pp. 924-934.

상세보기
W. Schrader, P. Meuer, J. Popp, W. Kiefer, J.-U. Menzebach, and B. Schrader, "Non-invasive glucose determination in the human eye," J. of Molecular Structure, vol. 735-736, 2005, pp. 299-306.

상세보기
J. T. Olesberg, L. Liu, V. V. Zee, and M. A. Arnold, "In vivo near-infrared spectroscopy of rat skin tissue with varying blood glucose levels," Analytical Chemistry, vol. 78, no. 1, 2006, pp. 215-223.

상세보기
A. Nawaz, P. Ohlckers, S. Saelid, M. Jacobsen, and M. N. Akram, "Review: non-invasive continuous blood glucose measurement techniques," J. of Bioinformatics and Diabetes, vol. 1, no. 3, 2016, pp. 1-27.
M. A. Arnold and G. W. Small, "Noninvasive glucose sensing," Analytical Chemistry, vol. 77, no. 17, 2005, pp. 5429-5439.

상세보기
N. S. Oliver, C. Toumazou, A. E. G. Cass, and D. G. Johnston, "Glucose sensors: a review of current and emerging technology," Diabet. Med: j. of the british diabetic association, vol. 26, no. 3, Mar. 2009, pp. 197-210.

상세보기
K. Maruo, T. Oota, M. Tsurugi, T. Nakagawa, H. Arimoto, M. Tamura, Y. Ozaki, and Y. Yamada, "New Methodology to Obtain a Calibration Model for Noninvasive Near-Infrared Blood Glucose Monitoring," j. of Applied Spectroscopy, vol. 60, no. 4, Apr. 2006, pp. 441-449.

상세보기
P. Avci, A. Gupta, M. Gupta, D. Vecchio, Z. Pam, N. Pam, and M. R. Hamblin, "Low-level laser (light) therapy (LLLT) in skin: Stimulating, healing, restoring," Semin. Cutan. Med. Surg, vol. 32, no. 1, 2013, pp. 41-52.
C. Ash, M. Dubec, K. Donne, and T. Bashford, "Effect of wavelength and beam width on penetration in light-tissue interaction using computational methods," Lasers in Medical Science, vol. 32, 2017, pp. 1909-1918.

상세보기
S. Chatterjee and P. A. Kyriacou, "Monte Carlo Analysis of Optical Interactions in Reflectance and Transmittance Finger Photoplethysmography," Research Centre for Biomedical Engineering, vol. 19, no. 4, 2019, pp. 789.
A. Savitzky and M. J. E. Golay, "Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures," Analytical Chemistry, vol. 36, no. 8, 1964, pp. 1627-1639.

상세보기
A. Savitzky, "A Historic Collaboration," Analytical Chemistry, vol. 61, no. 15, Aug. 1989, pp. 921A-923A.

상세보기
W. Kirch, Encyclopedia of Public Health - Pearson's Correlation Coefficient. Dordrecht: Springer, 2008.

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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