초록 ▼

IV. 연구결과
본 연구의 주요 결과 및 세부적인 연구결과에 대한 요약은 다음과 같다.

ㅇ 중적외선 광원 출력 안정화 및 파장가변 제어 기술 확보
- 중적외선 레이저 출력 및 파장 특성 분석
- 파장가변 기반 중적외선 레이저 분광 광학게 설치 및 출력 측정을 통한 보정 기술 확보
- 중적외선 레이저 파장 가변 및 펄스 제어 기술 확보
- Labview 기반 광원 제어기술 개발

ㅇ 고감도 광음향 수신 기술 확보
- 시뮬레이션 기반 광음향 셀 성능 분석을 통한 최적화 기술 확보<

IV. 연구결과
본 연구의 주요 결과 및 세부적인 연구결과에 대한 요약은 다음과 같다.

ㅇ 중적외선 광원 출력 안정화 및 파장가변 제어 기술 확보
- 중적외선 레이저 출력 및 파장 특성 분석
- 파장가변 기반 중적외선 레이저 분광 광학게 설치 및 출력 측정을 통한 보정 기술 확보
- 중적외선 레이저 파장 가변 및 펄스 제어 기술 확보
- Labview 기반 광원 제어기술 개발

ㅇ 고감도 광음향 수신 기술 확보
- 시뮬레이션 기반 광음향 셀 성능 분석을 통한 최적화 기술 확보
- 시뮬레이션과 시험을 통한 광음향 셀 최적화 구조 설계 및 제작
- 마이크로폰과 공진셀 주파수 매칭을 통한 수신 신호 증강
- 최적화를 통한 광음향 신호의 신호대잡음비 6dB 개선
- 광원 출력 변화에 의한 잡음제어용 Dual cell 분석
- 광음향 셀에 적합한 고감도, 저잡음 마이크로폰 확보 및 구동
- 광음향 신호에 최적화된 노이즈 필터 분석 및 제작
- 노이즈 필터 개선을 통한 신호 증폭 이득계수 증대
- Lockin amp.의 계수 최적화 (filtering, average time 등)
- 광반사 방식 정밀 측정 기술 확보
- 광간섭계 기반 정밀 측정 기술 확보

ㅇ 비침습 혈당 분석 시스템 제작 및 특성 분석
- 광원 모듈, 신호검출 모듈, 신호분석 모듈의 통합 및 시스템 구현
- Labview 기반 통한 광원 제어 및 자동 측정 프로그램, 시스템 개발
- 혈당 분석을 위한 시료 샘플 제작
- 샘플 기반 혈당 농도별 특성 변화 시험
- Invivo 무채혈 방식 혈당 농도별 특성 변화 시험
- 중적외선 광원 분배용 filter 소자 개발
- 피부 조건 영향 최소화를 위한 광음향 분광 현미경 시스템 설계 및 제작

ㅇ 외부 환경 변화에 따른 특성 변화 분석
- 외부 음향 잡음에 의한 광음향 특성 잡음 특성 시험 및 잡음 제어 모듈 제작
- 외부 온도 변화에 따른 특성 변화 시험
- 피부 온도 변화에 따른 특성 변화 시험 및 온도 제어 모듈 제작
- 피부 위치별 특성 변화 시험
- 피부 분비물 발생에 따른 특성 변화 시험
- 피부 분비물 성분별 특성 시험
- 손가락 압력에 다른 특성 변화 시험 및 압력 최소화를 위한 지그 제작
- 피부 습도에 따른 특성 변화 시험
- 세척 조건에 따른 특성 변화 시험
- 무채혈 혈당분석을 위한 세척 프로토콜 확립
- 측정 프로세스 flow chart 수립
- 피부 미세 구조에 의한 잡음 회피 방안 도출

ㅇ 실시간 광음향 신호처리 및 분석기술 개발
- 광 스펙트럼 normalizing을 통한 분석 정확도 향상
- MATLAB 기반 신호 보정 프로그램 개발
- 분비물에 의한 영향 최소화 측정 알고리즘 개발
- 혈당 농도 예측 알고지름 개발
- 선형 변화 프로그램 알고리즘 개발
- PLS 기반 정량화 프로그램 개발
- 손가락 임상시험 결과를 이용하여 neural network으로 정량화 및 정확도 향상 프로그램 개발
- 기계학습 기반 training 및 유효성 분석

ㅇ 광음향 비침습 혈당분석 시스템 소형화 및 연속측정 기술개발
- 외부 음향 잡음 제어 모듈 제작 및 광음향 셀 부착
- portable 혈당 분석 시스템 설계 및 제작
- averaging 특성 분석을 통한 측정 시간 단축 (2분 이내)
- 장기간 측정 시험을 통한 연속 혈당 측정 가능성 분석 (7일 이상 임상 시험 수행)

ㅇ 임상시험
- 임상시험 절차 수립 및 임상시험 IRB 승인
- 임상시험을 위한 OGTT 시험 준비 절차 마련
- 분비되는 땀의 번짐에 의한 특성변화 영향 최소화를 위한 에어건 제작
- 광음향 분광 현미경 기반 글루코스 측정 flow chart 수립
- 인터넷을 통한 당뇨환자 모집
- 당뇨환자 및 정상인 대상 임상시험 수행
- 당뇨환자 5명 및 정상인 1명 임상 결과 분석
- 당뇨환자 1명 및 정상인 1명 임상 결과 분석
- 혈당 분석기 신뢰성 평가

(출처 : 요약문 7p)

Abstract ▼

Ⅳ. RESULTS
Main and detained results are as follows;

ㅇ Stabilization of the mid-IR beam source and acquisition of technology controlling tunable wavelength
- Implementation of a tunable wavelength mid-IR laser optical system and acquisition of an error correction technology based on the

Ⅳ. RESULTS
Main and detained results are as follows;

ㅇ Stabilization of the mid-IR beam source and acquisition of technology controlling tunable wavelength
- Implementation of a tunable wavelength mid-IR laser optical system and acquisition of an error correction technology based on the output control
- Acquisition of technology controlling the wavelength and pulse of a mid-IR laser
- Development of a light source control technology based on Labview program

ㅇ Acquisition of technology receiving the photo-acoustic signal with high sensitivity
- Acquisition of technology optimizing PA cell performance based on the cell simulation results
- Fabrication of optimized PA cells based on the cell simulation results
- Enhancement of the sensitivity based on matching technology of microphone and PA cell resonance frequencies
- Enhancement of signal to noise ratio up to 6dB by optimizing the PA cell
- Dual PA cells system analysis reducing the noise originated from a laser
- Acquisition and operation of high sensitive and low-noise microphone optimized for the PA cell
- Analysis and fabrication of a noise filter optimized for PA signal
- Enhancement of gain constant for signal amplification from the noise filter improvement
- Optimization of constants in a lock-in amplifier (filtering, average time, etc)
- Acquisition of technology on accurate measurement based on an optical reflection method
- Acquisition of technology on accurate measurement based on optical interferometric system

ㅇ Implementation and properties analysis of non-invasive glucose measurement system
- Integration of beam source module, signal detection module, and signal analysis module and whole system implementation
- Development of program controlling beam source and signal measurement based on Labview program
- Preparation of samples for glucose analysis
- Dependency analysis of PA signal on glucose concentration in samples
- Dependency analysis of PA signal on glucose concentration in body
- Development of a filter splitting the mid-IR beam
- Design and implementation of photoacoustic microscopy system reducing effects of skin conditions

ㅇ Analysis of dependence of PA signal on environmental conditions
- Analysis of dependence of PA signal on environmental sound noise and fabrication of a noise control module
- Analysis of dependence of PA signal on environmental temperature
- Analysis of dependence of PA signal on skin temperature and fabrication of a control module of skin temperature
- Analysis of dependence of PA signal on measurement location on skin
- Analysis of dependence of PA signal on dirty product(secretion) on skin
- Analysis of dirty product from PA signal
- Analysis of dependence of PA signal on pushing pressure of finger and fabrication of a control module for reduction of pressure effects
- Analysis of dependence of PA signal on skin moisture
- Analysis of dependence of PA signal on washing condition of skin
- Acquisition of cleaning protocol for non-invasive glucose measurement
- Implementation of flow chart for measurement
- Development of noise reduction technology originated from skin microstructure

ㅇ Development of real-time signal processing and analysis technology of photo-acoustic signal
- Improvement of accuracy during signal analysis by normalizing optical spectrum
- Development of signal correction tool based on MATLAB program
- Development of analysis algorithm reducing the effects of secretion
- Development of algorithm predicting the glucose concentration
- Development of algorithm converting signal values with ones on linear relationship
- Development of data analysis program based on PLS method
- Development of data analysis program improving the accuracy of clinical data based on neural network technology
- Training and effectiveness analysis based on machine learning technology

ㅇ Miniaturization of non-invasive photoacoustic glucose measurement system and development of continuous monitoring technology
- Fabrication of noise reduction module originated from the environment
- Design and fabrication of portable glucose analysis system
- Reduction of measurement time based on the averaging analysis technology(< 2min)
- Feasibility test for the long-time continuous monitoring (> 7 days)

ㅇ Clinical test
- Development of measurement time reduction technology
- Development of continuous blood glucose analysis technology

ㅇ Clinical trial
- Establishment of clinical test procedure and IRB Approval
- Set-up of OGTT procedure form clinical test
- Air gun system set-up for drying sweat on skin
- Establishment of flow chart for glucose measurement on photoacoustic microscopy system
- Recruit of volunteers with diabetic disease on website
- Clinical test on diabetics and normal volunteers
- Data analysis obtained from 5 diabetics and 1 normal person
- Data analysis obtained from 1 diabetic and 1 normal person
- Reliability test of glucose measurement system

(출처 : Abstract 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 인 사 말 씀 ... 3
• 제 출 문 ... 4
• 요 약 문 ... 5
• ABSTRACT ... 11
• 목차 ... 19
• 표목차 ... 20
• 그림목차 ... 20
• 제 1 장 서론 ... 27
• 제 1 절 연구목표 ... 27
• 제 2 절 연구목적 ... 28
• 제 3 절 문제 해결 및 접근 방법 ... 31
• 제 2 장 기술동향 및 기술 현황 ... 35
• 제 1 절 국내외 기술 동향 ... 35
• 제 2 절 기술 동향 ... 36
• 제 3 절 제품 개발 및 인증 동향 ... 40
• 제 4 절 표준화 동향 ... 41
• 제 5 절 특허 동향 ... 43
• 제 6 절 동일, 유사 내용에 대한 국내외 관련자들의 수행 내용 ... 46
• 제 7 절 개발 시급성 ... 51
• 제 8 절 개발 제약요인 ... 52
• 제 9 절 핵심요소 기술 및 원천기술 도출 방법 ... 52
• 제 3 장 연차별 목표 및 추진체계 ... 56
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 56
• 제 2 절 연구 추진체계 ... 59
• 제 3 절 추진 일정 ... 60
• 제 4 절 연도별 연구 목표 및 개발 내용 ... 61
• 제 4 장 연구결과 ... 68
• 제 1 절 혈당 측정 시스템 ... 68
• 제 2 절 시료 기반 In-Vitro glucose 특성 분석 ... 111
• 제 3 절 In-Vivo 무채혈 혈당 분석 시험 ... 119
• 제 4 절 땀 영향을 제거한 In-Vivo 혈당분석 ... 166
• 제 5 절 기타 확보 원천기술 ... 194
• 제 5 장 연구실적 및 활용방안 ... 208
• 제 1 절 연구개발 목표의 달성도 ... 208
• 제 2 절 연구실적 ... 209
• 제 3 절 연구비 현황 ... 219
• 제 6 장 결론 ... 220
• 제 1 절 종합분석 ... 220
• 제 2 절 건의사항 ... 221
• 제 3 절 국내외 연구동향 및 환경변화 ... 221
• 제 4 절 기대효과 및 파급효과 ... 222
• 제 5 절 활용 계획 ... 223
• 별첨1-1. 임상시험을 위한 IRB 문서 (1차) ... 224
• 별첨1-2.임상시험을 위한 IRB 연장 (2차) ... 225
• 끝페이지 ... 239