비침습적 방광 충전 감지를 위한 근적외선 분광법 설계 공간 탐색

초록

본 연구는 요실금 환자의 방광 충전 상태를 비침습적으로 측정하기 위해 근적외선 분광법(NIRS)의 설계 파라미터를 체계적으로 탐색한다. 650‑950 nm 파장의 7가지 선택지, 10‑85 mm 사이의 16가지 소스‑디텍터 거리, 그리고 15‑40 mm 깊이의 6가지 조직 두께를 Monte Carlo 시뮬레이션으로 평가하여 광전달 효율, 탐색 깊이, 감도 및 최소 입력 전력을 정량화하였다. 결과는 최적 파장(≈800 nm)과 30‑45 mm 거리 조합이 깊은 방광까지 충분한 광량을 전달하면서 전력 효율을 유지함을 보여준다.

상세 분석

이 논문은 요실금(urinary incontinence, UI) 환자를 위한 비침습적 방광 모니터링 기술로서 근적외선 분광법(NIRS)의 실현 가능성을 설계 공간 탐색(Design Space Exploration, DSE) 방식으로 검증한다. 주요 난관은 (1) 인체 복부 조직의 높은 흡수·산란으로 인한 광의 침투 깊이 제한, (2) 실시간 사용 시 센서의 위치 변동에 강인하면서 저전력으로 동작해야 하는 요구, (3) 입력 전력 대비 검출 광량이 매우 적어 전력 전송 효율을 극대화해야 하는 점이다.

시뮬레이션은 Monte Carlo Extreme 툴을 이용해 5억 개의 광자를 각 파장에서 투입하고, 1.41 mm 반경의 디텍터 16개를 5 mm 간격으로 10‑85 mm까지 배치하였다. 조직 광학 특성은 기존 문헌