[논문 리뷰] Study of Correlation Between Glucose Concentration and Reduced Scattering Coefficients in Turbid media using Optical Coherence Tomography

Raju Poddar, Shubha Rani Sharma외 2명|arXiv (Cornell University)|2008. 08. 01.

Optical Coherence Tomography Applications참고 문헌 16인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 광학 간섭도측정법(OCT)을 이용하여 투명도가 낮은 매질에서 포도당 농도와 감소된 산산분포계수 사이의 비침습적 상관관계를 수립한다. 굴절률 불일치와 탈컨볼루션된 간섭 신호에 대한 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여, 저자들은 혈액 채취 없이도 실시간으로 포도당을 측정할 수 있는 측정 가능한 관계를 입증한다.

ABSTRACT

Noninvasive, non-contact and in vivo monitoring of blood glucose is a long-needed pathology tool for saving patients from the recurring pain and hassle that can accompany conventional blood glucose testing methods. Optical coherence tomography known for its high axial resolution imaging modality is adopted in this article for monitoring glucose levels in tissue-like media, non-invasively. Making use of changes in reduced scattering coefficient due to refractive-index mismatch between the extracellular fluid and the cellular membranes and armed with a theoretical model, we establish a correlation between the glucose concentration and reduced scattering coefficient. The scattering coefficients are extracted from the deconvoluted interference signal using Monte Carlo simulation with valid approximations. A program code using NI LabVIEW™ has been developed for automation of the experiment, data acquisition and analysis.

연구 동기 및 목표

• 통증을 동반하는 전통적 방법을 대체하기 위해 체내에서 비침습적으로 혈중 포도당 농도를 측정할 수 있는 방법을 개발하는 것.
• 투명도가 낮은 생물학적 매질에서 포도당 농도와 광학 산산성 특성 간의 관계를 조사하는 것.
• 조직 모의 매질에서 고해상도, 비접촉식 포도당 감지에 광학 간섭도측정법(OCT)을 활용하는 것.
• 포도당에 의한 감소된 산산분포계수의 변화와 굴절률 불일치 간의 이론적 모델을 수립하는 것.
• 실험 반복성과 효율성을 확보하기 위해 NI LabVIEW™를 사용하여 데이터 수집 및 분석을 자동화하는 것.

제안 방법

• 투명도가 낮은 매질에서 생체 조직을 모의하기 위해 광학 간섭도측정법(OCT)을 사용하여 축 방향 고해상도 간섭 신호를 획득한다.
• 세포막과 세포외액 간의 굴절률 불일치를 통해 감소된 산산분포계수의 변화를 포도당 농도와 연결한다.
• 탈컨볼루션된 간섭 신호에 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 물리적 근사가 타당한 산산계수를 추출한다.
• 맞춤형 LabVIEW™ 프로그램을 통해 데이터 수집, 신호 처리 및 분석을 자동화하여 일관된 실험 수행을 가능하게 한다.
• 이론적 모델링을 통해 매질 내 포도당 유도 굴절률 변화에 따른 산산의 의존성을 예측한다.
• 이 접근법은 OCT A-스캔에서 신호 탈컨볼루션과 산산계수 추출에 기반하여 포도당 농도를 유추하는 데 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 OCT를 사용하여 투명도가 낮은 매질에서 포도당 농도와 감소된 산산분포계수의 변화 간 상관관계를 설정할 수 있는가?
• RQ2 세포막과 세포외액 간의 굴절률 불일치가 포도당 함유 매질에서 산산에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 맥락에서 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 OCT 간섭 신호에서 산산계수를 정확하게 추출할 수 있는가?
• RQ4 LabVIEW™ 기반 자동화 시스템이 포도당 감지 응용 분야에서 일관된 데이터 수집 및 분석을 신뢰성 있게 지원할 수 있는가?
• RQ5 광학 산산 변화를 기반으로 비침습적 실시간 포도당 모니터링을 위한 OCT의 실현 가능성은 어떠한가?

주요 결과

• OCT를 사용하여 투명도가 낮은 매질에서 포도당 농도와 감소된 산산분포계수 사이에 측정 가능한 상관관계가 확립되었다.
• 이론적 모델링은 포도당 농도 변화에 의한 굴절률 불일치가 조직 유사 매질에서 산산 거동을 변화시킴을 확인하였다.
• 몬테카를로 시뮬레이션은 탈컨볼루션된 OCT 신호에서 산산계수를 추출하는 데 타당한 근사를 제공한다.
• LabVIEW™ 기반 자동화 시스템은 반복 가능하고 효율적인 데이터 수집 및 분석을 가능하게 하였다.
• 결과적으로, 포도당에 의해 유도되는 광학 산산 변화를 활용하여 OCT를 통해 비침습적 체내 포도당 모니터링이 실현 가능하다는 것이 입증되었다.