便器用尿成分分析装置及びそれを用いたリアルタイム尿成分の分析方法

专利摘要:
高い信号対雑音比（ＳＮ比）を維持するため、前記光源部及び検出器の受光部は光路に垂直な断面形状が互いに相似形状を有していることを特徴とする便器用尿成分分析装置を提供する。また、前記尿成分の分析装置を用いたリアルタイム分析方法を提供する。本発明は便器内で尿をリアルタイムに測定及び分析するための便器用尿成分分析装置及びそれを用いたリアルタイム尿成分の分析方法に関する。より具体的には座便器と、凹状または平たい形状に前記便器の内側の全面に形成される採尿部と、前記採尿部から採取された尿の成分を分析するために前記座便器に取り付けられた、光源部、複合フィルター、反射鏡及び検出器から構成された分析部及び前記分析部内にさらに備えられ、尿成分を分析するための減衰プリズム（ＡＴＲ）を含む。ａ
公开号:JP2011513725A
申请号:JP2010548614
申请日:2009-02-26
公开日:2011-04-28
发明作者:ドンソ キム
申请人:ゼーエスエムヘルスケア株式会社ＪＳＭ Ｈｅａｌｔｈ Ｃａｒｅ ＩＮＣ；
IPC主号:G01N21-27

专利说明:

[0001] 本発明は尿に含まれている成分の濃度などを測定するための尿成分の分析装置及び方法に関し、より詳細には、減衰全反射赤外線分光器（Attenuated Total Reflectance infrared spectroscopy、以下、“ＡＴＲ-ＩＲ”とする）を用いて尿に含まれている成分の濃度などをリアルタイムに測定するための小型尿成分の分析装置及びそれを用いたリアルタイム分析方法に関する。]
[0002] 本発明は便器内で尿をリアルタイムに測定、分析するための装置及び方法に関し、より詳細には、既存の赤外線分光器を便器という特殊環境でも使用が可能な小型の赤外線分光装置（Infrared spectrometer）の開発と尿試料を効果的に集め、再現性よく測定することができる減衰プリズム（Attenuated Total Reflectance、ＡＴＲ）を開発し、ＡＴＲを含む小型の赤外線分光装置を効果的に便器に付着する方法と、洗浄方法を提供する。また、便器内に付着されたＡＴＲ ＩＲ小型分光器を用いて尿に含まれた尿成分であるグルコース（Glucose）、クレアチン（Creatine）、尿素（Urea）、蛋白質、アルブミン、ＰＨ、トリグリセリド（triglyceride）、コレステロール（Cholesterol）、ビリルビン（Bilirubin）、尿酸（Uric acid）、亜硝酸塩（Nitrite）などを測定、分析するための効果的なアルゴリズムを提供する。]
背景技術

[0003] 一般に可視光線を用いて尿成分を検査する方法が主に用いられている。可視光線領域でも主に３個の波長を用いて尿に含まれている成分を分析し、このとき、尿検査紙を用いて検査する方法が主に用いられている。前記方法で１回用の尿検査紙を続けて使用しなければならないため、一般人が毎日尿の成分を測定するために別に検査紙をよく購入すべきであり、尿検査紙に尿をつける方法と測定方法が非常に不便である。また尿検査紙と装備を一般家庭で保管しなければならないなどの困難な点があり、一般人に普及するのに困難な点がある。]
[0004] 尿検査紙を用いない方法としては分光分析方法が用いられているが、赤外線分光器を用いる場合、効果的に小便内の様々な成分を分析することができる。しかし、この赤外線分光分析装置を便器に付着して用いられた事例はないが、その理由は既存の赤外線分光器はサイズが非常に大きいため、便器に直接付着することができず、赤外線分光器を小型化する場合には、信号対雑音比（Signal／Noise、以下、“ＳＮ比”とする）がいずれも減って小便試料内のグルコース（Glucose）、クレアチン（Creatine）、尿素（Urea）、蛋白質、アルブミン、ＰＨ、トリグリセリド（triglyceride）、コレステロール（Cholesterol）、ビリルビン（Bilirubin）、尿酸（Uric acid）、亜硝酸塩（Nitrite）などを効果的に分析することができない。また便器に適用するためには実験室でのように毎度試料を測定した後、人が洗浄することができないため、自動洗浄装置が必要であり、また赤外線領域では水分の影響によって混合成分を効果的に測定することができない。]
[0005] 便器に適用した他の分光方法としては、便器から試料を導入する導入装置を別に構成して試料を導入する方式として用いられ、この導入された試料の分析装置、光源及び検出器を並べて（１８０度角度）配列する透過型方式で構成される。前記方式の場合には、追加的な設備が必要であり、特に前記方式で用いられる光は近赤外線に該当する。この近赤外線を用いる分析装置に用いられる波長帯域は８００ｎｍから２，５００ｎｍである。前記波長帯域の光は尿に含まれる成分のうち、単一成分の分析には適合するが、尿に含まれた複数の成分を分析する場合には複数の成分に対する測定値が重なって出てきて、複数の尿成分を分析するのに問題点がある。このような問題によって尿に含まれている複数の成分をより便利で、かつ精密に分析することができる装置及び方法が現在まで提供されていない実情である。]
[0006] また、便器に座って簡単な行為を通じて尿成分の分析だけでなく血圧、体脂肪などを便利に測定する装置がなく、使用者または患者は尿成分、血圧、体脂肪などをそれぞれ他の時間に他の場所で測定しなければならないという問題点がある。]
発明が解決しようとする課題

[0007] 上述のような問題点を解決するために、本発明は便器に適用するための最大のＳＮ比を有することができるように波長が２，５００ないし１５，０００ｎｍに属する中赤外線を適用した小型分光器を提供し、便器という特殊環境で尿試料を容易に受けて測定し、再現性を維持するための装置及び方法を提供することを目的とする。また、分光器が付着された便器で尿成分を測定、分析して定量化のためのアルゴリズムを提供し、便器内で容易に尿成分を分析することができる装置及びリアルタイム分析方法を提供することにも目的とする。]
[0008] また、本発明は尿成分の分析とともに血圧、体脂肪などを簡単な行為を通じてほとんど同時に測定することができる健康診断システムを提供することにその目的がある。]
課題を解決するための手段

[0009] 上述の目的を達成するために、本発明は便器と、凹状または平たい形状に前記便器内側の全面に形成される採尿部と、前記採尿部から採取した尿の成分を分析するために前記座便器に取り付けられた、光源部、複合フィルター、反射鏡及び検出器のいずれか一つ以上を含む分析部、及び、尿成分を分析するための前記分析部内に備えられた減衰プリズムを含むが、光損失を最小化し、高いＳＮ比を維持するため、前記光源部及び検出器の受光部は光路に垂直な断面形状が互いに相似形状を有していることを特徴とする便器用尿成分分析装置を提供することを特徴とする。]
[0010] 本発明で用いる光源部は、波長範囲２，５００ないし１５，０００ｎｍの中赤外線を用い、本発明の分析部は、光路に垂直な透過部の断面形状が光源部または検出器の受光部の断面形状と互いに相似形状を有していることを特徴とする。]
[0011] ここで、前記光源部で発生した光がプリズムを経て検出器に到達する時までの総軌跡距離は約１０〜３０ｍｍの範囲であり、プリズムと検出器の間に鏡トンネルやテーパー棒を備える場合、前記総軌跡距離は約１０〜５０ｍｍの範囲であることが好ましい。]
[0012] このとき、前記光源部とプリズム間の間隔は３００μｍ〜５ｍｍであり、前記プリズムと検出器間の間隔は３００μｍ〜５ｍｍであることを特徴とする。]
[0013] 一方、本発明で光源部は多数の小型光源が並べて一列に配列されて一つの層をなすアレイ構造を有し、前記光源部のアレイ構造は、前記光源部と検出器での光源のパルスが一致するように二つ以上の層からなることができる。本発明で光源部は三角柱形状、円形状、または長方形状、矩形状のいずれか一つであり、このとき、プリズム及び分析部は、前記光源部の形状と相似していることを特徴とする。]
[0014] また、本発明で分析部は、前記プリズムを通過した光を前記検出器に誘導するため、テーパー棒または鏡トンネルを含むことができる。]
[0015] 一方、本発明の尿成分の分析装置で分析可能な尿成分は、グルコース（Glucose）、クレアチン（Creatine）、尿素（Urea）、蛋白質、アルブミン、ＰＨ、トリグリセリド（triglyceride）、コレステロール（Cholesterol）、ビリルビン（Bilirubin）、尿酸（Uric acid）、亜硝酸塩（Nitrite）のいずれか一つであることを特徴とする。]
[0016] また、本発明の分析装置は、血圧測定装置、体脂肪測定装置及び心電図測定装置のいずれか一つ以上をさらに備えて構成することができ、この場合、前記分析装置は、指紋認識装置によって使用者が認証された後、作動されることを特徴とする。]
[0017] 本発明は、前記尿成分の分析装置を用いた分析方法として、便器の採尿部を通じて導入された基準物質のスペクトラムを分析部のＡＴＲを用いて測定する段階と、前記採尿部を通じて導入された尿の吸収スペクトラムを分析部のＡＴＲを用いて測定する段階と、予め尿の各成分を測定した標準値と吸収スペクトラムとの相関関係を示す検量線を獲得する段階及び前記検量線を用いて前記尿に含まれた各成分の量を推定する段階を含むが、高いＳＮ比を維持するため、前記光源部及び検出器の受光部は光路に垂直な断面形状が互いに相似形状を有していることを特徴とするリアルタイム尿成分の分析方法を提供する。]
[0018] ここで、前記基準物質のスペクトラム及び尿の吸収スペクトラムは、前記ＡＴＲに導入される波長範囲２，５００ないし１５，０００ｎｍの中赤外線を用いて測定されることを特徴とする。]
[0019] このとき、前記プリズムは光路に垂直な透過部の断面形状が前記光源部または検出器の受光部の断面形状と互いに相似形状を有していることが好ましい。]
[0020] 一方、前記基準物質は測定しようとする尿成分によって水、空気、またはそれらの組み合わせであることを特徴とし、前記尿成分はグルコース（Glucose）、クレアチン（Creatine）、尿素（Urea）、蛋白質、アルブミン、ＰＨ、トリグリセリド（triglyceride）、コレステロール（Cholesterol）、ビリルビン（Bilirubin）、尿酸（Uric acid）、亜硝酸塩（Nitrite）のいずれか一つであることを特徴とする。]
[0021] 前記尿成分の分析方法は、前記尿の吸収スペクトラムを測定した後、前記採尿部を洗浄液を用いて洗浄する段階をさらに含み、前記洗浄液と前記基準物質は同一であり得る。また、前記尿成分の分析方法は、前記採尿部より高い位置に形成された空気噴射口を用いて前記採尿部を乾燥させる段階をさらに含むことができる。]
[0022] また、前記目的を達成するため、本発明は便器の後側に設置された便器用ビデと前記便器と結合されて形成される体脂肪測定装置を含んで構成される健康診断システムにおいて、前記体脂肪測定装置は、前記便器の左側及び右側に設置された取っ手及び４個の接点にそれぞれ一対に設置された８個の電極を含むが、前記接点のうち、二つの接点は便器便座の上側表面のうち、使用者のお尻または大腿部が接触する部位に位置し、他の二つの接点は前記取っ手に位置することを特徴とする健康診断システムを提供する。]
[0023] 前記各接点は電圧電極及び電流電極を含み、前記取っ手は前記便器に陥没形状に設置され、前記取っ手に水がつけることを防止するためのカバーを含むことを特徴とする。]
[0024] 前記健康診断システムは、ＡＴＲを用いて尿に含まれた成分を測定する尿成分の分析装置をさらに含むが、前記ＡＴＲは前記便器に直接付着されることを特徴とする。]
[0025] また、前記目的を達成するため、本発明は便器の後側に設置された便器用ビデと、前記便器の便座の下に設置された多数のロードセル（1oad cell）を用いて使用者の体重を測定する体重測定装置及びＡＴＲを用いて尿に含まれた成分を測定する尿成分の分析装置を含むが、前記ＡＴＲは前記便器に直接付着されることを特徴とする健康診断システムを提供する。]
[0026] 前記健康診断システムは、前記使用者の血圧を測定することができる血圧測定装置及び指紋認識を通じて前記尿成分の分析装置の使用者を確認する指紋認識装置をさらに含み、前記血圧測定装置及び指紋認識装置は、前記使用者の腕を載置することができる腕支持部に位置し、前記使用者は前記便器に座ったままで前記指紋認識装置及び血圧測定装置を用いて指紋認識及び血圧測定が同時に可能であることを特徴とする。]
[0027] 前記健康診断システムは、前記尿成分の分析装置で測定した尿成分情報、前記体重測定装置で測定した体重情報、前記指紋認識装置で測定した指紋情報、前記血圧測定装置で測定した血圧情報及び前記体脂肪測定装置で測定した体脂肪情報の少なくとも一つをディスプレーするためのモニターをさらに含み、前記モニターは、前記腕支持部に位置することを特徴とする。]
[0028] 前記健康診断システムは、前記健康診断システムに用いられる薬品を供給する薬品投入装置をさらに含み、前記薬品投入装置は、前記便器の後側に斜め方向に設置され、前記薬品投入装置は、前記便器用ビデと連結されることを特徴とする。]
[0029] 前記健康診断システムは、前記尿成分情報、体重情報、指紋情報、血圧情報及び体脂肪情報の少なくとも一つをインターネットまたはイーサネットを用いて伝送することを特徴とする。]
[0030] また、前記目的を達成するため、本発明は便器の後側に設置された便器用ビデと前記便器と結合されて形成される心電図測定装置を含んで構成される健康診断システムにおいて、前記心電図測定装置は、前記便器の左／右側の取っ手に位置する二つの接点及び前記便器便座の上側表面のうち、使用者のお尻または大腿部が接触する部位に位置する二つの接点を含むが、前記各接点は二つずつの電極を有し、前記心電図測定装置は、前記４個の接点に位置した８個の電極を用いて誘導電流を流して各電極間の電位差を測定することによって使用者の心電図を測定することを特徴とする健康診断システムを提供する。]
発明の効果

[0031] 本発明による便器用尿成分分析装置及びそれを用いたリアルタイム尿成分の分析方法は、光損失を最小化し、分光分析の核心である信号対雑音比（ＳＮ比）を高い値に維持する独特の構成を取ることによって、便器という特殊環境の狭い空間に装着が可能であり、かつ多数の尿検査項目成分をいずれも精密にリアルタイムに同時に測定することができる効果がある。]
[0032] 特に、本発明は分光分析の主要構成である光源部、プリズム及び検出器の受光部で光路に垂直な断面形状が互いに相似形状になるように構成することによって全体構成は小型化しながらも光損失を最小化し、光の強さを大きくしてセンシティビティー を高めて信頼性のある分光分析効果を発揮する。]
[0033] また、本発明は便器に座って簡単な行為を通じて尿成分の分析だけでなく、血圧、体脂肪などを便利に測定する健康診断システムを提供することによって、使用者または検査者が尿成分、血圧、体脂肪などを周期的に便利に測定することができる効果がある。]
図面の簡単な説明

[0034] 本発明の実施例による尿成分の分析装置を含む健康診断システムを示す斜視図である。
本発明のもう一つの実施例による尿成分の分析装置を含む健康診断システムの斜視図である。
本発明のもう一つの実施例による尿成分の分析装置を含む健康診断システムの斜視図である。
本発明のもう一つの実施例による尿成分の分析装置を含む健康診断システムの斜視図である。
本発明の実施例による健康診断システムを構成する体脂肪測定装置を示す斜視図である。
本発明の実施例による体脂肪測定装置の取っ手を示す斜視図である。
一般的な赤外線分光器に対する概念図である。
本発明による尿成分の分析装置の分光分析概念図である。
本発明による尿成分の分析装置の一実施例である。
本発明による分析部で光源部、プリズム及び検出器の受光部の構成概念図であり、（ａ）は矩形状、（ｂ）は円形状、そして（ｃ）は三角形状を示す。
本発明による分析部が便器に付着されたことを示す斜視図である。
本発明によるもう一つの実施例の分析部（分光モジュール）が便器に付着されたことを示す斜視図である。
本発明による分析部が便器に付着された部分の切欠斜視図である。
本発明によるもう一つの実施例の分析部である分光モジュールの外形斜視図である。
本発明による図７ｂの分光モジュールの側断面図である。
本発明による分析部の斜視図である。
本発明による分析部を切り欠いた概念図である。
本発明による分析部において反射鏡の原理に対する概念図である。
本発明による分析部において反射鏡の原理に対する概念図である。
本発明による分析部においてプリズムに対する概念図である。
本発明による分析部においてテーパー棒及び鏡トンネルに対する概念図である。
本発明による分析部で光を照射させたことを示す画面である。
本発明による光源と検出器の距離が１ｍｍであるとき、検出器に導入される光量効率を示す画面である。
本発明による尿成分の分析方法を示す流れ図である。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のグルコース（Glucose）測定スペクトラム結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のクレアチン（Creatine）測定スペクトラム結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中の尿素（Urea）測定スペクトラム結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のコレステロール（Cholesterol）測定スペクトラム結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のビリルビン（Bilirubin）測定スペクトラム結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中の尿酸（Uric acid）測定スペクトラム結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中の亜硝酸塩（Nitrite）測定スペクトラム結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のグルコース（Glucose）検量線結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のクレアチン（Creatine）検量線結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中の尿素（Urea）検量線結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のコレステロール（Cholesterol）検量線結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中のビリルビン（Bilirubin）検量線結果グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中の試料混合物のうち、尿酸（Uric acid）測定グラフである。
本発明による尿成分の分析装置を用いて尿中の試料混合物のうち、尿素（Urea）測定グラフである。
ＦＴ ＩＲによる標準グルコースのスペクトラムである。
ＬＶＦ ＩＲによる標準グルコースのスペクトラムである。
ＦＴ ＩＲによる尿（Urine）サンプルのスペクトラムである。
ＬＶＦ ＩＲによる尿（Urine）サンプルのスペクトラムである。] 図７ｂ
実施例

[0035] 本発明で用いられる用語は、可能な限り現在広く用いられる一般的な用語を選択したが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあり、この場合は該当する発明の詳細な説明においてその意味を記載しているため、単純な用語の名称でない用語が有する意味として本発明を把握すべきである。]
[0036] 以下、上述の目的を具体的に実現することができる本発明の好ましい実施例を添付の 図面を参照して説明するが、本発明は前記実施例によって制限または限定されない。]
[0037] 図１ａは本発明の一実施例による尿成分の分析装置７００を含む健康診断システムを示す斜視図である。図１ａを参照すると、前記健康診断システムは血圧測定装置１００、ビデ制御装置２００、指紋認識装置３００、モニター４００、メーン制御装置５００、体脂肪測定装置６００、尿成分の分析装置７００、薬品投入装置８００及び体重測定装置９００を含む。] 図１ａ
[0038] 図１ａにおいて前記血圧測定装置１００は、直方体状または開放型カフ形状を有し、前記腕支持部１０００の上面に位置していると示されているが、本発明は前記血圧測定装置１００の形状及び位置に限定されない。] 図１ａ
[0039] また、前記健康診断システムは、体重測定装置９００を用いて体重を測定し、体脂肪測定装置６００を用いて体脂肪を測定することができる。]
[0040] 一方、図１ｂないし図１ｄは本発明のもう一つの実施例による尿成分の分析装置７００を含む健康診断システムを示す多様なモデルに対する外形斜視図である。] 図１ｂ 図１ｄ
[0041] 体脂肪測定は、人が便器７１０に座った後、便器７１０の上端の左／右側にある電極６０１〜６０８が内蔵されている体脂肪測定装置６００の取っ手６０９を握ると、測定を始めるが、前記体脂肪測定装置６００は図２ａ及び図２ｂを参照して詳細に説明される。] 図２ａ 図２ｂ
[0042] 体脂肪を測定する方法を詳細に説明すると、メーン制御装置５００の“体脂肪測定”ボタンを押さえると、体重測定装置９００の圧力センサーが作動して体重を測定する。次に、“スタート”ボタンを押さえた後、座った状態で両腕を下に伸ばして体脂肪測定装置６００の取っ手６０９を握る。体脂肪測定が完了すると、予め記憶していた使用者の年齢、性別、身長及び前記体重測定装置９００を用いて測定した体重を用いてモニター４００は体脂肪率、筋肉量等の該当情報を表示する。体重情報が既に獲得した場合には、前記体重測定の過程を省略することができる。]
[0043] 前記モニター４００は、前記腕支持部１０００の下面から固定された一つの軸を中心に水平方向に回転する方式で突出されることができる。突出された以後に前記モニター４００は、固定された他の軸を中心に垂直方向に回転され、使用者が見ることが便利な勾配または角度に調節されることができる。]
[0044] また、前記健康診断システムは、尿成分の分析装置７００を用いて尿中に含まれている糖、蛋白質、血液などを測定してモニター４００に表示することができる。前記尿成分の分析装置７００に対する具体的な説明は、図２ないし図６を参照して後述する。]
[0045] また、前記健康診断システムは、前記尿成分の分析装置７００の後側に位置した薬品投入装置８００を含む。前記薬品投入装置８００には洗浄剤（例えば、膣洗浄剤）、芳香剤などの薬品を投入することができる。前記薬品投入装置８００は、薬品ケースと正確に結合されることができる形態で作ることができ、やや斜め形態で作られて薬品が容易に降りて行くことができるように作ることができる。したがって、薬品ケースを全部で前記薬品投入装置８００に挟めて用い、薬品がいずれも用いられると、前記薬品投入装置８００から薬品ケースを取り出して廃棄することができる。前記薬品投入装置８００は、ビデ装置と連結され、薬品投入装置８００に投入された薬品がビデ装置を通じて噴射される。]
[0046] 図２ａは本発明の一実施例による健康診断システムを構成する体脂肪測定装置６００を示す。図２ａを参照すると、前記体脂肪測定装置６００は、便器７１０の便座に４個の電極６０１、６０２、６０３、６０４が設置され、両取っ手６０９にそれぞれ二つの電極６０５、６０６、６０７、６０８が設置され、全体８個の電極を用いて体脂肪を測定する。] 図２ａ
[0047] すなわち、便器７１０の左側及び右側の各取っ手６０９に電圧電極及び電流電極をそれぞれ設置し、また便器７１０の上側のお尻または大腿部の接触部分にさらに４個の電極（電圧電極二つ、電流電極二つ）を設置するが、二つの電極（電圧電極及び電流電極）が一つの接点を構成する。]
[0048] 図２ｂは本発明の一実施例による体脂肪測定装置６００の取っ手６０９を示す。図２ｂを参照すると、前記取っ手６０９は、便器７１０の両側に陥没形状に設置されることができ、水がつけることを防止するため、カバー６１１を上に付着することができる。また、カバー６１１の外枠の溝に入ってきた水が 抜け出ることができるように下方にスリット６１０を設置することができる。本発明は、前記カバー６１１及び前記スリット６１０の形状に制限されない。] 図２ｂ
[0049] 図３は一般的な実験室で用いるフーリエ変換（Fourier Transform）赤外線分光器の装置図である。図３を参照すると、赤外線分光器は光源部７４１、ビームスプリッター（beam splitter、７４２）、第１反射鏡７４３、単色化装置（Fourier Transform、未図示）、試料測定部７４４、第２反射鏡７４５、検出器７４６等に分れる。] 図３
[0050] 図３に示された従来の赤外線分光器を用いる場合、一般にサイズが２０ないし５０ｃｍに達し、その重さが１０ｋｇ程度になって本発明による便器のような小型空間に適用することは現実的に非常に困難である。] 図３
[0051] 一般に赤外線光源部で生成された光は、光源から遠ざかるほど距離２乗の逆数割合で強さが急激に減少する。従来の大型ＦＴ−ＩＲ分光器では、信号対雑音比（ＳＮ比）を増加させるためには、高い出力の光源を使用しながら光の拡散とバックグラウンド・ノイズを防ぐため、チョッパー（chopper）を用いて周波数（Frequency）を合せたり、またはモノクロメートルやインターフェラメーターを付加的に用いなければならない等複雑な過程を経て用いるべきであるが、便器７１０などでは小さな空間に前記分析部を設置しなければならないため、チョッパー、モノクロメートル、またはインターフェラメーターなどを用いることができない。このために小型化された光源部７４１で充分な光を得るため、光源部７４１の単一構造からなる放熱板の発熱面積を増加させる場合、応答時間（response time）が長くなり検出器で感知できないという問題点がある。また放熱板のサイズを減らすため、光の出力を減らす場合にＡＴＲに最適の光が透過され難いという問題点が発生する。このような理由により尿成分分析のために赤外線分光法を用いた試みはあったが、中赤外線範囲で安定的で、かつ精密度が保障された信頼性のある結果が得られていない実情である。]
[0052] このような問題点を解決するために案出された本発明の発明者は、従来技術の限界を克服するため、便器７１０のような狭い空間に装着が可能な分析装置７００を構成することにおいて、分析装置７００のサイズを小型化しながらも信号対雑音比（ＳＮ比）を高めることができる方案、すなわち光量損失を減らし、光の強度（intensity）を高めながら周波数（フリークエンシー）を検出器（Detector）７５５と同期させることができる最適の設計方案を講するようになった。このような最適の設計方案は、好みのスペクトラムを収容することができる検出器７５５の受光部７６２にラインセンサーを採用する技術を含む。ここで、前記フリークエンシー同期は、ＣＰＵで光源ソースと検出器７５５センサーのシグナルの周波数同期化を制御する技術を含む。]
[0053] 図４ａは本発明の分析装置７００の内部の分光分析原理を説明するための概念図である。本発明では分析装置７００の小型化に必須な光損失最小化設計のために光源部７５１（IR Source）、ＡＴＲ、フィルター７６１及び検出器７５５の受光部７６２（ラインセンサー）の面形状が互いに相似形状になるように構成する。すなわち、光が発生する光源部７５１の該当面がアスペクト比（Aspect Ratio）が大きい矩形状であれば、発生した光が通過するＡＴＲプリズム（減衰プリズム）７５３、ミラーまたはテーパー棒（Taperd Rod）、フィルター７６１（ＬＶＦ）及び検出器７５５の受光部７６２（ラインセンサー）も矩形状をなすようになる。] 図４ａ
[0054] このような構成によって本発明の分析装置７００は、信号対雑音比を最大化し、検出器７５５で反応時間の遅延（デイレー）がなく、パルス波形の不一致を防止するとともに光源部７５１で発生する光の強度を最大限増加させることができる。このために本発明の分析装置７００は、各構成要素別に最適の性能を発揮するように材質、研磨特性、配置角度、そして各構成部間の間隔が設定される。]
[0055] 図４ｂは本発明の分析装置７００の一実施例である。前記分析装置７００で光源部７５１は長さが１３〜１４ｍｍ、幅が３〜４ｍｍであり、ＡＴＲプリズム７５３は長さが１３〜１４ｍｍ、幅が３〜４ｍｍであり、検出器７５５の受光部７６２（ラインセンサー部）は長さと幅がそれぞれ約１２ｍｍと２ｍｍである構成を示す。] 図４ｂ
[0056] すなわち、前記実施例の概念はハードウェアー的に光損失を最小化するため、検出器７５５のセンサーの形状と光源部７５１及びプリズム７５３の形状が互いに似た（相似）形になるようにする。]
[0057] ここで、光源部７５１とプリズム７５３間の間隔は、３００μｍ〜５ｍｍ、プリズム７５３と検出器７５５との間隔は３００μｍ〜５ｍｍの範囲を有する。そして前記光源部７５１で発生した光がプリズム７５３を経て検出器７５５に到達する時までの総軌跡距離は、約１０〜３０ｍｍの範囲である。しかし、プリズム７５３と検出器７５５の間に鏡トンネル７５９やテーパー棒を備える場合、前記総軌跡距離は約１０〜５０ｍｍの範囲が好ましい。一般に光源距離２乗の逆数割合で強さが減少し、周辺に広がる性質を有するため、本発明のように小型便器７１０に装着される分析装置は、光路を可能な限り短く維持することが好ましい。]
[0058] 前記で各構成要素間の間隔を一定範囲に維持する設計概念は、やはりハードウェアー的に光損失を最小化するため、光の強さが電波距離の２乗で減衰される現像を防止して終局的にＳＮ比を最適化するためのものである。]
[0059] 本発明は、このように既存の大型ＦＴ−ＩＲ装備に備えられる別途の駆動装備を省略して構成要素間の間隔または光源の総軌跡距離を非常に短く維持することによって分析装置の小型化をなすことができ、便器７１０のような小型空間に装着が可能であり、尿分析が可能になったものである。]
[0060] 図５は本発明の分析部７５０の主要構成を示す。本発明の分析部７５０は光損失を最小化し、高いＳＮ比を維持するため、光源部７５１、プリズム７５３及び検出器７５５の受光部７６２で光路に垂直な断面形状が互いに相似形状を有するように構成される。] 図５
[0061] 図５（ａ）は光源部７５１が矩形状であり、前記光源部７５１から発生する光源もやはり進行方向の断面が矩形状をなしながらプリズム７５３に入射し、前記プリズム７５３もやはり入射される光源の損失がないように前記光源部７５１の断面形状と同一に矩形状を有する。そして前記プリズム７５３に入射されて屈折後に反射される光源は、進行方向と垂直な断面形状が相変らず矩形状をなし、最終的に検出器７５５に入射され、このとき、前記検出器７５５の受光部７６２もやはり前記光源の損失がないように矩形状を有する。このような構成の特徴によって光源部７５１から生成された光源は、プリズム７５３を経て受光部７６２に損失なく到達するようになるため、小型化された分析装置７００で効率的な利用が可能になる。] 図５
[0062] 図５（ｂ）は他の実施例として、光源部７５１、プリズム７５３及び検出器７５５の受光部７６２の形状が円形状をなす組み合わせを示す概念図である。図５（ｃ）はもう一つの実施例として、光源部７５１、プリズム７５３及び検出器７５５の受光部７６２の形状が三角形状をなす組み合わせを示す。このとき、前記プリズム７５３は入射面と出射面が互いに対向されて所定の角度をなす構成であればよく、例えば三角柱状の長方形構造も含む。また本発明は前記の例示の他にも光源部７５１、プリズム７５３及び検出器７５５の受光部７６２の形状が互いに相似形状ならば、本発明の技術思想の範疇に属する。] 図５
[0063] 図６ａ及び図７ａは本発明による尿成分の分析装置７００の分析部７５０を示す斜視図である。図６ａ及び図７ａを含む関連図面を参照すると、分析部７５０は光源部７５１、反射鏡７５２、プリズム７５３、光誘導器７５４、検出器７５５、制御機７５６を含む。前記実施例による分析部７５０でＡＴＲはプリズム７５３及び光誘導器７５４から構成される。前記実施例による分析部７５０は便器７１０に設置される場合、小便測定用センサーとして用いることができるように小型化しながらも信号対雑音比（ＳＮ比）を最大限増加させるための構造を有する。] 図６ａ 図７ａ
[0064] 図６ａ及び図７ａは本発明の一つの実施例として、前記光源部７５１は、信号対雑音比（ＳＮ比）を最大限増加させながら光源部７５１の寿命を長くするため、低いパワーを有する多数の小型光源を一列または多数列に積層配置してマルチアレイ構造を取ることができる。分光分析において通常、信号対雑音比を高めるため、ハロゲンランプを用いたり、発熱板のサイズを増加させて光源の強さ自体を高める方法が用いられることができるが、単一の発熱板のサイズが大きいため、この場合、検出器で反応時間の遅延により正確な感知が難しい問題点がある。これを解決するため、本発明の光源部７５１は、発熱面積が小さな発熱部を多数個一列に配列してアレイ形態の線形光源部７５１を形成する。すなわち、１ｍｍ×１ｍｍの小型発熱部を１０個以上としたり、または１.５ｍｍ×１.５ｍｍの小型発熱部を５個以上一列に配列して用いることによって、総光量は増加させながらも検出器７５５での反応時間が遅延する問題点を解決することができる。すなわち、多数の小型発熱部（光源部７５１）を採用するが、各発熱部のサイズを従来に比べて相対的に小さくすることによって、秒当たり数十番のオン、オフがなされても発光機能に問題がないように変調深さ （modulation depth）を調節して改善することができ、ＣＰＵコントローラで光源部７５１と検出器７５５の光信号（パルス）の同期化をソフトウェア的に制御することができる。また光源部７５１の素材をプルラティニュム 、白金を用いることによって、秒当たり数十番のオン、オフがなされても機構的な耐久性を向上させ、結局発光能力の低下が発生する問題点を解決することができる。] 図６ａ 図７ａ
[0065] さらに、前記光源部７５１のアレイ構造は、前記光源部７５１と検出器７５５での光源のパルスが一致するように二つの層からなることができる。これは光源の強さを高く維持しながらも検出器７５５の受光部７６２に到達する光源のシグナル波長を一致させるためでもある。このような構成によってより精密で、かつ信頼性のある結果を得ることができる。]
[0066] 本発明の分析部７５０は、便器のような狭い空間に装着される構造的特性上チョッパーを用いることができないため、その代案として前述した通り、前記光源部７５１は低い出力の複数の光源を用い、線形多重アレイ（linear multi array）光線を用いることができる。そして、本発明の分析装置７００の小型化のため、検出器７５５の前端に複合フィルター７６１（Linear variable filter：ＬＶＦ）を用いる。前記複合フィルター７６１は、ＭＥＭＳ技術によって製造される。]
[0067] 本発明においてＡＴＲは、一般的な吸収分光法で扱うことが困難な試料７５８の赤外線スペクトラムを得る方法であって、溶解度の低い固体、フィルム、繊維、ペースト及び接着剤及び／または粉末試料を測定するのに適切に用いられることができる分析法またはその装置を意味する。]
[0068] 光が稠密な媒質から粗い媒質に通過するとき、通常、反射が起こるようになるが、このとき、入射される光の反射比率は入射角が大きくなると増加するようになり、ある臨界角を超えると全反射が起こるようになる。]
[0069] このような反射が起こるとき、光は粗い媒質に小さな距離を浸透するように行動することが実験的に、そして理論的に知られているが、このとき、光の浸透の深さは十分の数波長ないし数波長範囲まで変化するようになる。具体的に説明すると、小便試料が便器７１０に露出されたＡＴＲの表面を自然に流れて濡らすようになる場合、ＡＴＲを通じて試料に前記光を通過させる。]
[0070] 前述のように、ＡＴＲ機器は溶解度の低い固体、フィルム、繊維、ペースト及び接着剤及び／または粉末試料を測定するのに適切に用いられることができ、最近には水溶液に強いダイアモンドやＺｎＳｅなどの材質などが発達して溶液を分析するのに用いられる。光が稠密な媒質から粗い媒質に通過するとき、通常反射が起こるようになるが、このとき、入射される光の反射比率は入射角が大きくなると増加するようになり、ある臨界角を超えると、全反射が起こるようになる。このような反射が起こるとき、光は粗い媒質に小さな距離を浸透するように行動することが実験的に、そして理論的に知られているが、このとき、光の浸透深さは十分の数波長ないし数波長範囲まで変化するようになる。]
[0071] 最終の浸透深さは入射光の波長、二つの物質の屈折率及び境界面に対する入射角に依存し、このような浸透輻射線を消滅波（evanescent wave）とし、粗い媒質が消滅波を吸収すると、吸収帯波長の光は減衰するように（attenuated）なる。プリズム７５３を通過した光は、テーパーロードのような光誘導器７５４で最適の光学システムを経てＬＶＦ（図示せず）を通じて検出器７５５に導入される。前記検出器７５５で検出された光は、制御機７５６でデジタル信号に変化されて測定される。前記制御機７５６は、検出されたデータを測定し、前記各部分を電子的に制御する。]
[0072] 一方、図６ｂは分析部７５０に採用される分光モジュール７６０が便器に付着された形状を示す斜視図である。] 図６ｂ
[0073] 図７ａは、尿成分の分析装置７００の分析部７５０で光が通過する状態を示す断面図である。図７ａを参照すると、光源部７５１で生成された光は、前記光源部７５１を囲む反射鏡７５２で反射されてＡＴＲプリズム７５３に入射される。前記反射鏡７５２は、内部が放物線形状に形成され、前記放物線の焦点部分に光源部７５１が位置し、光源部７５１で生成された光が反射鏡７５２に反射すると、平行光に前記ＡＴＲプリズム７５３に入射される。図７ａには、放物線形状の反射鏡７５２が示されているが、本発明は前記反射鏡７５２の形状に制限されない。] 図７ａ
[0074] 前記ＡＴＲプリズム７５３に入射された光７５７は、前記ＡＴＲプリズム７５３の斜面で試料７５８により一部の波長が吸収された後、全反射されて光誘導器（テーパー棒、Ｔａｐｅｒｅｄ Ｒｏｄ）７５４を通じて検出器７５５に導入される。前記検出器７５５は、導入された光の強さを感知する。このように分析部７５５は、低い出力の光源を数々用いることによって一つの高出力光源を用いる時より総光の強さを増加させ、平行光を用いて光の強さが急激に減少されるという問題点を解決した。]
[0075] 具体的に図示しなかったが、分析部７５０が便器に装着されることにおいて、尿が一定量プリズム７５３にないと、分析が不可能であるため、便器の内側面を基準として分析部７５０がやや下部側に陥没されている。]
[0076] 以後、分析部７５０の洗浄のために一次的に人間の排泄後、便器の洗浄用水を用いて洗浄を行い、２次的に便器に別に備えられた空気噴射装置７２０を用いて洗浄することができる。空気噴射装置７２０は、便器内に装着されることが好ましく、前記分析部７５０に正確に空気が噴射することができる適当な角度に設置される。]
[0077] 一方、図７ｂは本発明によるもう一つの実施例の分析部７５０に採用される分光モジュール７６０の外形斜視図であり、図７ｃは前記図７ｂの側断面図を示す。] 図７ｂ 図７ｃ
[0078] 図１０は図８及び図９に示された反射鏡７５２の原理を示す図面であり、図１１は、本発明による反射鏡７５２の原理を示す図面である。図１０及び図１１を参照すると、光源部７５１で生成された光は、放物線形状の反射鏡７５２に反射されてＡＴＲプリズム７５３に入射される。前記放物線形状の反射鏡７５２は、下記数式（１）を用いて求められる。] 図１０ 図１１ 図８ 図９
[0079] ここで、ｃは曲率（＝１／ｒ（曲率半径））、ｋは円錐係数（conic constant）、ｙは光軸における高さである。]
[0080] 反射鏡７５２は、ｒ値が２ｍｍで、ｋ値は−１であり、最大外径は４ｍｍであるシリンダー形状である。すなわち、ｙ軸方向は放物線形状で、ｘ軸方向に長く（１４ｍｍ）垂れた形状を有する。前記反射鏡７５２で反射された光はプリズム７５３に導入される。このように光源部７５１、プリズム７５３及び検出器の受光部７６２の断面形状を相似形状を有するに構成することによって光源の損失を避けることができ、効率性を高めることができる。]
[0081] 図１２及び図１３は、プリズム７５３で光が全反射されるための条件を示す図面である。前述したようにプリズム７５３に入射された光７５７は前記プリズム７５３の斜面で一部の波長が試料７５８に吸収され、残りは全反射される。図１２において、斜面にｉの角度で入射する光は、斜面で下記の数式（２）によるスネルの法則（Snell's law）に従う。] 図１２ 図１３
[0082] ここで、ｎは媒質の屈折率（３．４３）で、ｎ’は空気の屈折率（１）である。光がｉ’のようにプリズム７５３の内部で全反射するためには、前記プリズム７５３の斜面の法線に垂直な９０度（この場合、ｓｉｎｉ’＝１）より小さくなければならず、このとき、ｉは下記の数式（３）により求められる。]
[0083] 実験を通じて求められたｉの値は、約１７゜程度であるが、本発明はこれに制限されない。したがってｉが１７度より大きいと、光は前記プリズム７５３の斜面で全反射される。本発明ではｉが約４５度の角で入射されるため、大部分の光が前記プリズム７５３の斜面で全反射される。プリズム７５３の形状は光源のサイズのようにｘ軸方向の長さが１４ｍｍであり、切断面が二等弁三角形状である三角柱状である。前記プリズム７５３で全反射された光は、光誘導器７５４を通じて検出器７５５に導入される。]
[0084] 図１３は、光誘導器７５４を通じて光が伝えられる原理を示す図面である。光誘導器７５４は、やや傾斜を持って下側へ行くほど細くなる６面が研磨されたガラスブロックである。図１３に示されたように、前記光誘導器７５４に入射された光は内部で全反射されて伝えられるが、この時にもスネルの法則に従って傾斜面で光が反射される時には、傾斜した角度ほど加えられる。したがって前記光誘導器７５４の傾斜面の傾斜が急ならば全反射条件が破られて光線が光誘導器７５４の外に脱出することができるため、傾斜面の傾斜を適切に調整しなければならない。] 図１３
[0085] 前記光誘導器７５４の代りに鏡トンネル（Mirror tunnel）７５９を用いることができる。鏡トンネル７５９を用いる場合にも傾斜角が大きいと、光が鏡トンネル７５９の内部で反射されて戻って出てくる場合があり得るため、傾斜面の傾斜を適切に調整しなければならない。前記光誘導器７５４では光が１００％全反射するが、鏡トンネル７５９の場合には光の反射率が９０％であるため、反射する時ごとに約１０％ずつ光量が減少する。]
[0086] 図１４は光源で生成された光の強さを示すグラフで、図１５は光源部７５１と検出器７５５との間隔が１ｍｍである場合、検出器７５５で測定された光の強さを示すグラフである。図１４を参照すると、光源部７５１で生産されて反射鏡７５２を通過した光は、非常に均等に測定されるが、その間隔が５ｍｍを越えると、再び急激に光の強さが減少するため、ＡＴＲに最大限光が導入されるために光源部７５１とＡＴＲとの間隔が５ｍｍ以下で構成する。より好ましくは、前記間隔は機構学的特性を考慮して０．５ないし３ｍｍの範囲が選択されることができる。このような構成によって便器７１０という狭い空間に装着が可能な小型中赤外線分光装置の構成が可能になる。] 図１４ 図１５
[0087] 図１５はＡＴＲで出た光を検出器７５５まで効率よく伝達するため、菱形（１３×３×２７ｍｍ）状の鏡トンネル７５９を用いた場合、検出器７５５で測定された光の強さを示す。] 図１５
[0088] 図１６は本発明の尿成分の分析装置７００で尿成分を分析する方法を示す流れ図である。図１６を参照すると、まず本発明による尿成分測定装置７００の分析部７５０を含む分析システムが駆動される（Ｓ１０１０）。次に、基準物質が前記分析部７５０に導入され、前記分析部７５０は、基準スペクトラムを測定する（Ｓ１０２０）。前記基準物質は水を含む。] 図１６
[0089] 次に、便器７１０内の採尿部を通じて試料がＡＴＲに直接導入される。次に、ＡＴＲ及び複合フィルター７６１などを含む分析部７５０は導入された試料を用いて吸収スペクトラムを測定する（Ｓ１０３０）。前記吸収スペクトラムは、前記基準スペクトラムと対比して基準物質より吸収された一定の波数（wave number）を示し、計算式は−ｌｏｇ（基準スペクトラム／試料スペクトラム）で計算される。]
[0090] 次に、予め試料の各成分を測定した標準値と吸収スペクトラムとの相関関係を示す検量線を獲得する（Ｓ１０４０）。前記検量線に前記試料の吸収スペクトラムを代入して前記試料に含まれた各成分値を推定することができる（Ｓ１０５０）。一般に検量線は、標準尿成分と実際値を用いて相関関係を確認した後、相関性の統計尺度であるＲ２、ＳＥＣを確認し、予めコンピュータ内に導入する。]
[0091] この全体過程を日常分析（Routine analysis）という。日常分析値の最も重要なことはＳＥＰ（standard error of prediction）として測定値と実際値がどのくらい差が出ているかに対する統計指標として測定と同時に得られることができる。]
[0092] すなわち、試料（例えば、尿）のうち、各成分（例えば、Glucose、Albumin、Nitrite、Bilirubin等）を測定した標準値と一般的な吸収スペクトラムとの相関関係を検量線で示す。この相関関係が良いか否かを示す尺度があるが、一つはＲ２であり、他の一つはＳＥＣ（Standard error of calibration）とＳＥＰ（Standard error of prediction）で示す。Ｒ２とＳＥＣ、ＳＥＰは標準値とスペクトラムの値を任意の直線で示すとき、２値のデータが一定の直線にどのくらい近くあるかによって標準値と吸収スペクトラムとの相関関係を示す。]
[0093] 最も理想的であるとき、すなわち標準値と吸収スペクトラムとの相関関係が最も良い場合、統計的にＲ２は１であり、ＳＥＣとＳＥＰが０に近づく。標準値と吸収スペクトラムとの関係はＭＬＲ（Multiple linear regression）ないしＰＬＳＲ（Regression of Partial Least Square）を用いて表現することができる。]
[0094] 前記検量線を用いて試料に含まれた成分、例えばグルコース（Glucose）などの成分値を測定する。前記成分値は信頼度有意性であるＲＭＳＥＰ（Root mean of standard error prediction）値で示す。このような信頼度有意性内の成分値を測定することによって、試料に含まれた各成分値を測定することができる。]
[0095] 図１７は尿成分の分析装置７００を用いて尿中のグルコース測定スペクトラム結果グラフである。図１７は２０％、１０％、５％及び０．２％Glucose濃度に対する測定スペクトラムを示す。基準物質である水をまず測定した後、基準物質に対するグルコースの吸収スペクトラムを示す。このスペクトラムの強さはＹ軸の吸光度であるＡＵ（Absorbance unit）値で示す。ＡＴＲ-ＩＲで測定した吸収スペクトラムは０．０１ＡＵ程度から現れており、測定波数領域である４０００ないし９００波数のうち、９００ないし１４００波数間でグルコース吸収スペクトラムを確認することができる。グルコース濃度は２０％から０．２％ずつ段階的に濃度が減少することによって吸収スペクトラムも減少する。] 図１７
[0096] 図１８は尿成分の分析装置７００を用いて尿中のクレアチン測定スペクトラム結果グラフである。図１８は５％、２％及び１％クレアチン濃度に対する測定スペクトラムを示す。前記測定スペクトラムもやはり基準物質を水としてクレアチンを測定した吸収スペクトラムである。ＡＴＲ-ＩＲで測定した吸収スペクトラムは０．００８ＡＵ程度から現れており、測定波数領域である４０００ないし９００波数のうち、１４００ないし１９００波数間でクレアチン吸収スペクトラムを確認することができる。クレアチン濃度は５％から１％ずつ段階的に濃度が減少することによって吸収スペクトラムも減少する。] 図１８
[0097] 図１９は尿成分の分析装置７００を用いて尿中の尿素（Urea）測定スペクトラム結果グラフである。図１９は１０％、５％及び２％Urea濃度に対する測定スペクトラムを示す。前記測定スペクトラムもやはり基準物質を水として尿素を測定した吸収スペクトラムである。ＡＴＲ-ＩＲで測定した吸収スペクトラムは０．０１２ＡＵ程度から現れており、測定波数領域である４０００ないし９００波数のうち、図９のクレアチンが似た波数領域である１４００ないし１９００波数間で尿素吸収スペクトラムを確認することができる。Urea濃度は１０％から２％ずつ段階的に濃度が減少することによって吸収スペクトラムも減少する。] 図１９ 図９
[0098] 図２０は尿成分の分析装置７００を用いて尿中のコレステロール（Cholesterol）測定スペクトラム結果グラフである。図２０は２％、１％及び０．５％コレステロール濃度に対する測定スペクトラムを示す。前記測定スペクトラムでは基準物質をクロロホルム（ＣＨＣ１３）としてコレステロールを測定した吸収スペクトラムである。ＡＴＲ-ＩＲで測定した吸収スペクトラムは０．００５ＡＵ程度から現れており、測定波数領域である４０００ないし９００波数のうち、２７００ないし３１００波数間でコレステロール吸収スペクトラムを確認することができる。コレステロール濃度は２％から０．５％ずつ段階的に濃度が減少することによって吸収スペクトラムも減少する。] 図２０
[0099] 図２１は尿成分の分析装置７００を用いて尿中のビリルビン（Bilirubin）測定スペクトラム結果グラフである。図２１は２％、１％及び０．５％ビリルビン濃度に対する測定スペクトラムを示す。前記測定では図１８のように同じ基準物質であるクロロホルム（ＣＨＣｌ３）としてビリルビンを測定した吸収スペクトラムである。ＡＴＲ-ＩＲで測定した吸収スペクトラムは０．００４ＡＵ程度から現れており、測定波数領域である４０００ないし９００波数のうち、１３００ないし１８００波数間でビリルビン吸収スペクトラムを確認することができる。また、このビリルビン濃度は２％から０．５％ずつ段階的に濃度が減少することによって吸収スペクトラムも減少する。] 図１８ 図２１
[0100] 図２２は尿成分の分析装置７００を用いて尿中の尿酸測定スペクトラム結果グラフである。図２２は２％、１％及び０．５％尿酸濃度に対する測定スペクトラムを示す。前記測定スペクトラムでは基準物質を水と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）として尿酸を測定した吸収スペクトラムである。ＡＴＲ-ＩＲで測定した吸収スペクトラムは０．００５ＡＵ程度から現れており、測定波数領域である１１００ないし１７００波数間で尿酸吸収スペクトラムを確認することができる。尿酸濃度は２％から０．５％ずつ段階的に濃度が減少することによって吸収スペクトラムも減少する。] 図２２
[0101] 図２３は尿成分の分析装置７００を用いて尿中の亜硝酸塩（Nitrite）測定スペクトラム結果グラフである。図２３は２％、１％及び０．５％亜硝酸塩濃度に対する測定スペクトラムを示す。前記測定スペクトラムでは基準物質を水とし、亜硝酸塩を測定した吸収スペクトラムである。ＡＴＲ-ＩＲで測定した吸収スペクトラムは最も高い濃度で０．００２ＡＵ程度から現れており、測定波数領域である１，１００ないし１，５００波数間で確認することができる。亜硝酸塩濃度は２％から０．５％ずつ段階的に濃度が減少することによって吸収スペクトラムも減少する。] 図２３
[0102] 図２４は尿成分の分析装置７００を用いて小便成分のうち、グルコース（Glucose）検量線グラフである。図２４に示されたように２０％、１０％、５％及び０．２％の濃度別グルコースの吸収スペクトラムの変化と濃度標準値との相関性を見ると、吸収スペクトラムとの相関性はＲ２が０．９９９で非常に直線的に現れるため、吸収スペクトラムを通じたグルコースの量を推定することができる。] 図２４
[0103] 図２５は尿成分の分析装置７００を用いて小便成分のうち、クレアチン（Creatine）検量線グラフである。示されたように５％、２％及び１％の濃度別クレアチンの吸収スペクトラムの変化と濃度標準値との相関性を見ると、吸収スペクトラムとの相関性はＲ２が０．９９７で非常に直線的に現れるため、吸収スペクトラムを通じたクレアチン量を推定することができる。] 図２５
[0104] 図２６は第１実施例による尿成分の分析装置７００を用いて小便成分のうち、尿素（Urea）検量線グラフである。示されたように１０％、５％及び２％の濃度別尿素の吸収スペクトラムの変化と濃度標準値との相関性を見ると、吸収スペクトラムとの相関性はＲ２が０．９８７で非常に直線的に現れるため、吸収スペクトラムを通じた尿素の量を推定することができる。] 図２６
[0105] 図２７は尿成分の分析装置７００を用いて小便成分のうち、コレステロール検量線グラフである。示されたように２％、１％及び０．５％の濃度別コレステロールの吸収スペクトラムの変化と濃度標準値との相関性を見ると、吸収スペクトラムとの相関性はＲ２が０．９９７で非常に直線的に現れるため、吸収スペクトラムを通じたコレステロール量を推定することができる。] 図２７
[0106] 図２８は第１実施例による尿成分の分析装置７００を用いて小便成分のうち、ビリルビン（Bilirubin）検量線グラフである。示されたように２％、１％及び０．５％の濃度別ビリルビンの吸収スペクトラムの変化と濃度標準値との相関性を見ると、吸収スペクトラムとの相関性はＲ２が０．９８８で非常に直線的に現れるため、吸収スペクトラムを通じたビリルビン量を推定することができる。] 図２８
[0107] 図２９は第１実施例による尿成分の分析装置７００を用いて尿試料に含まれた尿酸（Uric acid）測定のための吸収スペクトラムである。示されたように、ａ）の吸収スペクトラムは水を基準として試料全体を測定した後に試料のうち、尿酸の吸収スペクトラムを測定したものである。クレアチンなどの試料成分により同じ濃度の場合には、尿酸吸収スペクトラムを分離し難い。しかし、ｂ）の場合には尿酸の個別吸収スペクトラムを分離するために試料のうち、尿酸を除外した尿を基準物質として吸収スペクトラムを測定したものである。この場合に周囲のクレアチンなどの吸収スペクトラムは除外され、尿酸吸収スペクトラムが現れることを確認することができる。] 図２９
[0108] 図３０は尿成分の分析装置７００を用いて尿試料に含まれた尿素測定のための吸収スペクトラムである。図２９と同じ方法で測定したが、示されたように、ａ）の吸収スペクトラムは水を基準として試料全体を測定した後に試料のうち、尿素の吸収スペクトラムを測定したものである。図２９のように周囲のクレアチンなどの試料成分により同じ濃度の場合には尿酸吸収スペクトラムを分離し難い。しかし、ｂ）の場合には尿素の個別吸収スペクトラムを分離するために試料のうち、尿素を除外した尿を基準物質として吸収スペクトラムを測定したものである。この場合に周囲のクレアチンなどの吸収スペクトラムは除外され、尿素吸収スペクトラムが現れることを確認することができる。] 図２９ 図３０
[0109] 図３１は従来のＦＴ−ＩＲを用いて測定したグルコース標準試料に対するスペクトラムで、図３２は尿成分の分析装置７００を用いて測定したグルコース標準試料に対するスペクトラムである。前記グルコース標準時料は、３次蒸溜水にグルコースを入れて溶かし、１００ｍｇ／ｄＬ、３００ｍｇ／ｄＬ、５００ｍｇ／ｄＬ、１０００ｍｇ／ｄＬで調製した後、前記スペクトラムを求めたものである。図３１及び図３２に示されたように、従来のＦＴ−ＩＲと本発明による尿成分の分析装置７００を用いてグルコース標準試料のスペクトラムには大きな差異がなく９５０〜１１５０ｃｍ−１でグルコースピークが現れることが分かる。] 図３１ 図３２
[0110] 一般に従来のＩＲ装備は光源の感度が低く、ＦＴ方式を用いて測定する機器が普遍化されている。従来のＦＴ方式は光源の光線を二等分した後、一方の光線の光路の長さを周期的に変換させて干渉紋が生ずるようにした後、フーリエ変換法を用いてデータを処理すべきである。このとき、満足すべき干渉度を得るため、動く鏡の速度が一定で、動く鏡の位置を毎瞬間はっきりと分かるようにするため、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いなければならない等非常に複雑で、かつサイズも大きいため、本発明のように便器に付着することができず、値段もまた数千万ウォンをつけているという問題点がある。しかし、本発明による尿成分の分析装置７００は非常に低廉な費用で非常に小さな形態で製作可能であり、図３１及び図３２に示されたように、従来の方式とほとんど同じ効果を有するという長所がある。] 図３１ 図３２
[0111] 図３３は病院で糖尿患者から採取した小便試料を従来のＦＴ−ＩＲを用いて測定したスペクトラムであり、図３４は本発明による尿成分の分析装置７００を用いて前記小便試料を測定したスペクトラムである。図３３及び図３４に示されたように、糖尿患者から採取した小便試料では１６００ｃｍ−１付近に蛋白質によるピークが現れるが、グルコースのピークが重複されなかった。ただ、小便内に存在する他の様々な物質によって基線は少し上昇した。] 図３３ 図３４
[0112] 以上のように、本発明では具体的な構成素子などのような特定事項と限定された実施例及び図面により説明されたが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されており、本発明は前記実施例に限定されず、本発明が属する分野で通常の知識を有する者ならばこのような記載から多様な修正及び変形が可能である。]
[0113] したがって、本発明の思想は説明された実施例に限定されず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等または等価的変形がある全てのものは、本発明の思想の範疇に属するといえる。]
[0114] １０００ 腕支持部
１００血圧測定装置
２００ビデ制御装置
３００指紋認識装置
４００モニター
５００メーン制御装置
６００体脂肪測定装置
６０１〜６０８電極
６０９取っ手
６１０スリット
６１１カバー
７００尿成分の分析装置
７１０ 座便器
７２０空気噴射装置
７５０分析部
７５１光源部
７５２反射鏡
７５３プリズム
７５４光誘導器
７５５検出器
７５６制御機
７５７ プリズムに入射された光
７５８試料
７５９ 鏡トンネル
７６０分光モジュール
７６１複合フィルター
７６２受光部
８００薬品投入装置
９００体重測定装置
２２０ 第２制御部
２３０貯蔵部]

权利要求:

請求項1
座便器７１０と、凹状または平たい形状で前記便器内側の全面に形成される採尿部と、前記採尿部から採取した尿の成分を分析するために前記座便器７１０に取り付けられた、光源部７５１、複合フィルター７６１、反射鏡７５２及び検出器７５５のいずれか一つ以上を含む分析部７５０と、尿成分を分析するための前記分析部７５０内に備えられた減衰プリズム（ＡＴＲプリズム）７５３と、を含み、光損失を最小化し、高い信号対雑音比（ＳＮ比）を維持するため、前記光源部７５１及び検出器７５５の受光部７６２は、光路に垂直な断面形状が互いに相似形状を有していることを特徴とする便器用尿成分分析装置。
請求項2
前記光源部７５１は、波長範囲２，５００ないし１５，０００ｎｍの中赤外線を用いることを特徴とする請求項１に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項3
前記プリズム７５３は、光路に垂直な透過部の断面形状が前記光源部７５１または検出器７５５の受光部７６２の断面形状と互いに相似形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項4
前記光源部７５１から検出器７５５までの光の総軌跡距離は、１０〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項5
前記光源部７５１とプリズム７５３との間隔は、３００μｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項6
前記プリズム７５３と検出器７５５との間隔は３００μｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項7
前記光源部７５１は、複数の小型発熱部が一列に配列されたアレイ構造を有することを特徴とする請求項２に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項8
前記光源部７５１のアレイ構造は、前記光源部７５１と検出器７５５での光源のパルスが一致するように二つ以上の層からなることを特徴とする請求項７に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項9
前記プリズム７５３は、入射面と出射面が互いに対向して所定の角度をなすことを特徴とする請求項３に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項10
前記分析部７５０は、前記プリズム７５３を通過した光を前記検出器７５５に誘導するためにテーパー棒または鏡トンネル７５９を含むことを特徴とする請求項３に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項11
前記尿成分は、グルコース（Glucose）、クレアチン（Creatine）、尿素（Urea）、蛋白質、アルブミン、ＰＨ、トリグリセリド（triglyceride）、コレステロール（Cholesterol）、ビリルビン（Bilirubin）、尿酸（Uric acid）、亜硝酸塩（Nitrite）のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項12
前記分析装置７００は、血圧測定装置１００、体脂肪測定装置６００及び心電図測定装置のいずれか一つ以上をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項13
前記分析装置７００は、指紋認識装置３００によって使用者が認証された後、作動することを特徴とする請求項１２に記載の便器用尿成分分析装置。
請求項14
便器の採尿部を通じて導入された基準物質のスペクトラムを分析部７５０のＡＴＲを用いて測定する段階と、前記採尿部を通じて導入された尿の吸収スペクトラムを分析部７５０のＡＴＲを用いて測定する段階と、予め尿の各成分を測定した標準値と吸収スペクトラムとの相関関係を示す検量線を獲得する段階と、前記検量線を用いて前記尿に含まれた各成分の量を推定する段階と、を含み、高いＳＮ比を維持するために前記光源部７５１及び検出器７５５の受光部７６２は光路に垂直な断面形状が互いに相似形状を有していることを特徴とするリアルタイム尿成分の分析方法。
請求項15
前記基準物質のスペクトラム及び尿の吸収スペクトラムは、前記ＡＴＲに導入される光を用いて測定されることを特徴とする請求項１４に記載のリアルタイム尿成分の分析方法。
請求項16
前記光は波長範囲２，５００ないし１５，０００ｎｍの中赤外線であることを特徴とする請求項１５に記載のリアルタイム尿成分の分析方法。
請求項17
前記プリズム７５３は、光路に垂直な透過部の断面形状が前記光源部７５１または検出器７５５の受光部７６２の断面形状と互いに相似形状を有していることを特徴とする請求項１４に記載のリアルタイム尿成分の分析方法。
請求項18
前記基準物質は、測定しようとする尿成分によって水、空気、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１４に記載のリアルタイム尿成分の分析方法。
請求項19
前記尿成分は、グルコース（Glucose）、クレアチン（Creatine）、尿素（Urea）、蛋白質、アルブミン、ＰＨ、トリグリセリド（triglyceride）、コレステロール（Cholesterol）、ビリルビン（Bilirubin）、尿酸（Uric acid）、亜硝酸塩（Nitrite）のいずれか一つであることを特徴とする請求項１４に記載のリアルタイム尿成分の分析方法。