使用具有单波长的激光组合的光声诊断设备和方法与流程

1.本发明涉及使用单波长激光的组合的光声诊断设备和方法，并且更具体地，涉及能够实现光声设备小型化的光声诊断设备和方法，因为该光声诊断设备和方法利用单波长激光的组合来照射受试者。


背景技术：

2.糖尿病是一种影响全球十分之一成年人口的疾病，并给个人、家庭、卫生系统和国家带来巨大的经济负担。如果糖尿病患者血液中的葡萄糖水平得不到维持，该糖尿病患者就会出现诸如心血管疾病、肾脏疾病和糖尿病足等之类的严重的并发症，这给患者的生活带来极大的不便，并可能威胁生命。因此，需要定期监测血糖水平并且需要立即控制高的血糖水平。
3.通常，使用含有酶的电化学传感器从侵入性获得的血液样品确定血糖水平。在这种情况下，通过诸如用针刺穿手指的过程来获得血液可能给糖尿病患者带来极大的不便，因为该糖尿病患者的血糖水平需要在一天期间测量几次，并且还会导致高的感染风险。
4.此外，迄今为止已开发的非侵入性血糖水平测量方法包括拉曼光谱、漫反射光谱、热发射光谱、近红外吸收光谱、毫米波/太赫兹光谱、透皮阻抗光谱、超声电泳和离子导入技术。然而，这些测量方法存在的问题在于，准确性根据皮肤组织分泌物或皮肤状况而降低。
5.作为解决该问题的方法，韩国专利申请公开no.10-2019-0063446公开了一种使用光声成像来预测体内血液水平的方法。然而，上述专利文献中所公开的方法存在的问题在于，利用波长连续变化的激光照射受试者来测量血糖水平，并且由于这个原因，激光器和光学设备的尺寸增加，并且难以制造可穿戴装置。


技术实现要素：

6.技术问题
7.本发明是为了解决上述问题而提出的，并且本发明的目的是提供一种可以减小激光器和光学设备的尺寸的光声诊断设备和方法，因为该光声诊断设备和方法使用单波长激光器的最佳组合，能够区分血糖和其他物质。
8.技术方案
9.根据本发明的一个实施方式，提供了一种使用单波长激光器组合的光声诊断设备。
10.根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备可以包括：光源，该光源配置成用由单波长激光的组合组成的光来照射受试者；检测单元，该检测单元配置成获取由光发射的声音；以及控制单元，该控制单元配置成通过分析声音来计算受试者血液中的葡萄糖浓度。
11.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备中，光可以包括第一激光、第二激光和第三激光中的至少一者，第一激光具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，第二激光具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，第三激光具有在1720nm至1850nm范
围内的至少一个波长。
12.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备中，控制单元可以使用机器学习来计算血液中的葡萄糖浓度。
13.根据本发明的一个实施方式，提供了一种使用单波长激光器组合的光声诊断方法。
14.根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法可以包括：通过光源用由多个单波长激光的组合组成的光来照射受试者的光照射步骤；通过检测单元来获取由光发射的声音的声音检测步骤；以及通过分析声音来计算受试者血液中的葡萄糖浓度的血糖浓度分析步骤。
15.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中，光照射步骤中的光可以包括第一激光、第二激光和第三激光中的至少一者，第一激光具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，第二激光具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，第三激光具有在1720nm至1850nm范围内的至少一个波长。
16.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中，血糖浓度分析步骤还可以包括：使用通过重复执行光照射步骤和声音检测步骤获得的数据来训练人工神经网络的训练步骤；以及使用人工神经网络来计算受试者血液中的葡萄糖浓度的人工智能分析步骤。
17.根据本发明的一个实施方式，提供了一种计算机可读记录介质，其上记录有用于执行上述方法的程序。
18.有利效果
19.根据本发明的光声诊断设备和方法的优点在于，该光声诊断设备和方法使用能够将血液中所含的葡萄糖与其他物质区分开的最佳波长组合，使光声诊断设备中所使用的光学设备的尺寸最小化成为可能，并且所述光声诊断设备可以被实现为可穿戴装置。
20.本公开中可获得的效果不限于上述效果，本领域技术人员将从以下描述清楚地理解本文中未提及的其他效果。
附图说明
21.图1是示出了根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备的框图。
22.图2是示出了人体中所含物质的光吸收系数取决于激光波长的示例的曲线图。
23.图3示出了在根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备中所使用的单波长激光器组合的示例。
24.图4是示出了根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法的流程图。
25.图5是示出了根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中的血糖浓度分析步骤的流程图。
具体实施方式
26.根据本发明的一个实施方式，提供了一种使用单波长激光器组合的光声诊断设备。
27.根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备可以包括：光源，该光源配置成用由单波长激光的组合组成的光来照射受试者；检测单元，该检测单元配置成获取由光发射的
声音；以及控制单元，该控制单元配置成通过分析声音来计算受试者血液中的葡萄糖浓度。
28.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备中，光可以包括第一激光、第二激光和第三激光中的至少一者，第一激光具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，第二激光具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，第三激光具有在1720nm至1850nm范围内的至少一个波长。
29.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备中，控制单元可以使用机器学习来计算血液中的葡萄糖浓度。
30.根据本发明的一个实施方式，提供了一种使用单波长激光器组合的光声诊断方法。
31.根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法可以包括：通过光源用由多个单波长激光组合组成的光来照射受试者的光照射步骤；通过检测单元来获取由光发射的声音的声音检测步骤；以及通过分析声音来计算受试者血液中的葡萄糖浓度的血糖浓度分析步骤。
32.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中，光照射步骤中的光可以包括第一激光、第二激光和第三激光中的至少一者，第一激光具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，第二激光具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，第三激光具有在1720nm至1850nm范围内的至少一个波长。
33.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中，血糖浓度分析步骤还可以包括：使用通过重复执行光照射步骤和声音检测步骤获得的数据来训练人工神经网络的训练步骤；以及使用人工神经网络来计算受试者血液中的葡萄糖浓度的人工智能分析步骤。
34.根据本发明的一个实施方式，提供了一种计算机可读记录介质，其上记录有用于执行上述方法的程序。
35.发明模式
36.下文中将参照附图详细地描述本发明的实施方式，使得本发明所属领域的技术人员能够容易地实施本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式实施，并且不限于本文中所描述的实施方式。在附图中，为了简化说明而省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同的部分由相同的附图标记表示。
37.将简要地描述本说明书中所使用的术语，并且将详细地描述本发明。
38.本说明书中所使用的术语是考虑到其在本公开中的功能而选择的当前广泛使用的通用术语，但这些术语可以根据本领域技术人员的意图、先例或新技术的出现而改变。此外，在某些情况下，可能存在由申请人任意选择的术语，并且在这种情况下，这些术语的含义在本公开的相应描述部分中进行描述。因此，本公开中所使用的术语应当基于该术语的含义和本公开的全部内容来定义，而不是简单的术语名称。
39.贯穿本说明书，应理解的是，当任意部分被称为“包括”任何部件时，则该部分不排除其他部件，而是还可以包括其他部件，除非另有说明。此外，在说明书中所描述的术语比如“...单元”或“模块”意指处理至少一个功能或操作的单元，该单元可以以硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。此外，应当理解的是，当任何部分被称为“连接”至另一部分时，该部分可以直接连接至另一部分，或者可以存在中间元件。
40.在下文中将参照附图详细地描述本发明。
41.图1是示出了根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备的框图。
42.参照图1，根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备1可以包括:光源100，该光源配置成用由单波长激光的组合组成的光来照射受试者；检测单元200，该检测单元配置成获取由光发射的声音；以及控制单元300，该控制单元配置成通过分析声音来计算受试者血液中的葡萄糖浓度。
43.光源100可以输出多种单波长激光，并且激光可以是红外线。也就是说，在本发明中，光源100在近红外或中红外波段中顺序地增加或减少波长的同时不输出光，而是输出具有特定波长的多个激光的组合。
44.从光源100输出的光照射受试者，并且使受试者中包含的分子振动，并且通过分子的振动发射超声波。
45.检测单元200可以包括：声音接收单元，该声音接收单元接收由光从受试者发射的声音；以及测量单元，该测量单元测量该声音接收单元的形状变化。
46.检测单元200可以采用压电方法或mems(微机电系统)方法。在压电方法中，通过超声波的压力在压电材料中形成电势，并且测量作为电势差的电压以测量超声波。在mems方法中，通过超声波的压力改变膜的形状，并且测量该形状变化以测量超声波。
47.控制单元300可以控制光源100或检测单元200用光照射受试者，获取由光发射的声音，并计算血液中的葡萄糖浓度。
48.控制单元300可以通过直接分析声音来计算血液中的葡萄糖浓度，或者可以使用通过重复实验获得的结果数据来训练人工智能神经网络，并使用经训练的人工神经网络来计算血液中的葡萄糖浓度。
49.图2是示出了人体中所含物质的光吸收系数取决于激光波长的示例的曲线图。
50.参照图2，可以看出，人体中除了包含血糖外，还包含吸收激光的各种物质。
51.在图2中，x轴表示波长(nm)，并且y轴表示吸收系数(λ)。此外，在图2中，a、b、c、d和e分别表示葡萄糖、脂肪、基线、蛋白质和水的取决于波长的光吸收光谱。
52.也就是说，根据本发明，利用物质之间取决于波长的光吸收系数不同的事实，可以找到用于区分血糖与其他物质的最佳波长组合，并使用该波长组合来计算血糖浓度。这使得可以极大地减小光学设备的尺寸。
53.图3示出了在根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备中使用的单波长激光器组合的示例。
54.参照图3，在根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备中，光可以包括第一激光101、第二激光102和第三激光103中的至少一者，第一激光101具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，第二激光102具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，第三激光103具有在1720nm至1850nm范围内的至少一个波长。
55.例如，根据本发明的一个实施方式的光声诊断设备可以包括光源100，光源100输出波长为1480nm的第一激光101、波长为1640nm的第二激光102和波长为1810nm的第三激光103的组合。
56.第一激光101至第三激光103的波长可以选择为能够在有限范围内区分血糖与其他物质的最佳波长。
57.选择最佳波长时所使用的标准包括物质之间光吸收系数的大小差异最大的点，以及除血糖之外的物质中的任何一种物质的光吸收系数等于血糖的光吸收系数的点。
58.图4是根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法的流程图。
59.参照图4，根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法可以包括：通过光源100用由多个单波长激光的组合组成的光来照射受试者的光照射步骤s100；通过检测单元200获取由光发射的声音的声音检测步骤s200；以及通过分析声音来计算受试者血液中的葡萄糖浓度的血糖浓度分析步骤s300。
60.在根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中，光照射步骤s100中的光可以包括第一激光101、第二激光102和第三激光103中的至少一者，第一激光101具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，第二激光102具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，第三激光103具有在1720nm至1850nm范围内的至少一个波长。
61.图5是示出了根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中的血糖浓度分析步骤s300的流程图。
62.参照图5，在根据本发明的一个实施方式的光声诊断方法中，血糖浓度分析步骤s300还可以包括：使用通过重复执行光照射步骤s100和声音检测步骤s200获得的数据来训练人工神经网络的训练步骤s310；以及使用人工神经网络来计算受试者血液中的葡萄糖浓度的人工智能分析步骤s320。
63.关于上述设备的内容可以应用于根据本发明的一个实施方式的方法。因此，在该方法中，省略了与上述设备的内容相同的内容的描述。
64.本发明的上述描述是示例性的，并且本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明的技术精神或基本特征的情况下，本发明可以容易地修改为其他特定形式。因此，应当理解，上述示例性实施方式在所有方面都是示例性的而非限制性的。例如，被描述为单个式类型的每个部件均可以以分布式的方式实现。同样地，被描述为分布式的部件可以以组合的方式实现。
65.本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由上述详细的描述限定。应当理解的是，根据权利要求及其等同物的含义和范围构思的所有修改和实施方式都包括在本发明的范围内。

技术特征：
1.一种光声诊断设备，包括：光源，所述光源配置成用由单波长激光的组合组成的光来照射受试者；检测单元，所述检测单元配置成获取由所述光发射的声音；以及控制单元，所述控制单元配置成通过分析所述声音来计算所述受试者的血液中的葡萄糖浓度。2.根据权利要求1所述的光声诊断设备，其中，所述光包括第一激光、第二激光和第三激光中的至少一者，所述第一激光具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，所述第二激光具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，所述第三激光具有在1720nm至1850nm范围内的至少一个波长。3.根据权利要求1所述的光声诊断设备，其中，所述控制单元使用机器学习来计算所述血液中的所述葡萄糖浓度。4.一种光声诊断方法，包括：通过光源用由多个单波长激光的组合组成的光来照射受试者的光照射步骤；通过检测单元来获取由所述光发射的声音的声音检测步骤；以及通过分析所述声音来计算所述受试者的血液中的葡萄糖浓度的血糖浓度分析步骤。5.根据权利要求4所述的光声诊断方法，其中，所述光照射步骤中的所述光包括第一激光、第二激光和第三激光中的至少一者，所述第一激光具有在1400nm至1520nm范围内的至少一个波长，所述第二激光具有在1520nm至1720nm范围内的至少一个波长，所述第三激光具有在1720nm至1850nm范围内的至少一个波长。6.根据权利要求4所述的光声诊断方法，其中，所述血糖浓度分析步骤包括：使用通过重复执行所述光照射步骤和所述声音检测步骤获得的数据来训练人工神经网络的训练步骤；以及使用所述人工神经网络来计算所述受试者的所述血液中的所述葡萄糖浓度的人工智能分析步骤。7.一种计算机可读记录介质，在所述计算机可读记录介质上记录有用于执行权利要求4至6中的任一项所述的方法的程序。

技术总结
本发明涉及使用具有单波长的激光组合的光声诊断设备和方法，并且更具体地，涉及通过向受试者发射具有单波长的激光束的组合来促进光声设备小型化的光声诊断设备和方法。根据本发明的一个实施方式，光声诊断设备可以包括：光源，该光源用于向受试者发射通过将具有单波长的激光束组合而形成的光；检测单元，该检测单元用于获取由光发出的声音；以及控制单元，该控制单元用于通过分析声音来计算受试者血液中的血糖浓度。血液中的血糖浓度。血液中的血糖浓度。


技术研发人员：姜闰浩
受保护的技术使用者：HME方正有限公司
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2023/8/9