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WO2018080048A1 - 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템 - Google Patents

가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템 Download PDF

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WO2018080048A1
WO2018080048A1 PCT/KR2017/011018 KR2017011018W WO2018080048A1 WO 2018080048 A1 WO2018080048 A1 WO 2018080048A1 KR 2017011018 W KR2017011018 W KR 2017011018W WO 2018080048 A1 WO2018080048 A1 WO 2018080048A1
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WO
WIPO (PCT)
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exhalation
subject
unit
analysis system
measuring
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2017/011018
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English (en)
French (fr)
Inventor
김현준
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation
Original Assignee
Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation filed Critical Ajou University Industry Academic Cooperation Foundation
Priority to US16/345,230 priority Critical patent/US11013458B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a respiratory analysis system, and more particularly, to take an exhalation (exhalation) of a subject with an infrared camera using a gas imaging detection infrared camera, to quantify the breathing using the captured images and images,
  • the present invention relates to a respiratory analysis system using a gas image detection method that measures the presence, degree, and composition of the subject's breathing using quantitative differences or changes in temperature.
  • the problem is that snoring causes apnea, which stops breathing for a few seconds to several tens of seconds, leading to severe fatigue, which can drastically reduce the quality of life, which can reduce learning and work efficiency, and cause industrial accidents and traffic accidents. Lack of oxygen in the body can cause cardiovascular and brain insufficiency. In particular, in the case of heart disease such as arrhythmia, myocardial infarction, heart failure, and brain disease with a history of cerebral infarction and stroke, this may cause sudden death and sudden death due to sleep apnea.
  • sleep apnea should be told by the family next to it, but considering that sleep apnea is a state in which breathing is stopped more than 20 times during 7 hours of sleep, it is not simple to observe people without sleeping for a long time.
  • a device for measuring and monitoring such apnea has been introduced, and a device for measuring a change in ventilation amount according to the change of breathing during sleep by inputting a breathing mask suitable for the size of the subject's mouth and nose is inputted to a computer. have.
  • Such a mask should not be unified to all people, but should be specially made according to the shape of the subject's mouth and nose. Expensive conversion of the long-term change of respiratory ventilation into an electrical signal and inputted into a computer for interpretation Devices and software are needed and the help of a specialist or clinician is required.
  • the breathing (exhalation) of the subject using an infrared camera can be taken with a gas image detection infrared camera, and breathing can be quantified using the photographed images and images.
  • the purpose of the present invention is to provide a respiratory analysis system using a gas image detection method that can quantify the amount of exhaled breath exhaled by the examinee and can also infer a low respiratory disease.
  • the respiratory analysis system using the gas image detection method according to the present invention is disposed adjacent to the subject, an exhalation unit for photographing the exhalation (exhalation) discharged from the mouth and nose of the subject, and the exhalation imaging unit electrically And a controller configured to calculate and store the respiratory cycle and the respiratory volume as data captured by the exhalation photographing unit.
  • the breath taking unit according to the present invention is taken by the infrared camera, the image of the thermal inspection or the image of the color or the color change according to the change in temperature and humidity according to the exhalation discharged from the nose, In addition, it is preferable to take a thermal image that changes color or color concentration according to the degree of carbon dioxide distribution in the exhaled air discharged from the nose.
  • the exhalation photographing unit according to the present invention may be provided with a plurality of photographing the exhalation on an orthogonal line on the basis of the face of the inspection.
  • the apparatus may further include a biosignal measuring unit electrically connected to the control unit according to the present invention, mounted on the body of the subject and measuring the biosignal of the subject, and mounted on the head of the subject. It may include an EEG measurement sensor for measuring brain waves, a temperature measuring sensor mounted on the body of the subject, and measuring a body temperature of the subject, and a pulse measuring sensor mounted on the body of the subject and measuring the pulse of the subject.
  • a biosignal measuring unit electrically connected to the control unit according to the present invention, mounted on the body of the subject and measuring the biosignal of the subject, and mounted on the head of the subject. It may include an EEG measurement sensor for measuring brain waves, a temperature measuring sensor mounted on the body of the subject, and measuring a body temperature of the subject, and a pulse measuring sensor mounted on the body of the subject and measuring the pulse of the subject.
  • the display apparatus may further include a display unit electrically connected to the exhalation photographing unit and the controller according to the present invention, indicating data according to a biosignal stored in the control unit, and displaying an image of the photographed or photographed exhalation unit.
  • the exhalation photographing unit, the control unit, the display unit according to the present invention consists of a single body, the wearable device (wearable device) or computer mounted on the observer's head or body to examine the breathing of the examinee (remote test equipment using a network system) It can be configured as.
  • Respiratory analysis system using the gas image detection method according to the present invention by taking a thermal image of the exhalation (exhalation) of the subject using an infrared camera, by quantifying the breath using the captured image and image, non-contact breathing of the subject Has the effect of measuring the presence or absence.
  • the amount of exhalation exhaled by the subject can be quantified to determine low breathing, and the disease caused by low breathing has an effect that can be inferred.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a respiratory analysis system using a gas image detection method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating a graph of an image of a normal breathing airflow: 100% of the breath analysis system of FIG. 1 and a temperature, a volume of breath, and a carbon dioxide concentration according to the time of breathing.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a graph of an airflow: an airflow reduction breath of 50% in a breathing unit of the respiratory analysis system shown in FIG. 1, and a temperature, a breathing volume, and a concentration of carbon dioxide according to the time of the breathing.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram illustrating a graph of an image of airflow chamber breathing at 0% of airflow in the breathing unit of the breathing analysis system shown in FIG. 1, and a temperature, a volume of breath, and a concentration of carbon dioxide according to the time of breathing.
  • the present invention is disposed to be adjacent to the subject, the breath taking unit for photographing the exhalation (exhalation) discharged from the mouth and the nose, and the electrical connection with the breath taking unit, the image taken through the exhalation unit
  • a control unit that calculates and stores the respiratory cycle and the respiratory volume as data, it is possible not only to measure the presence or absence of breathing of the subject non-contact, but also to quantify the amount of exhaled breath exhaled by the subject to determine low breathing, It provides a respiratory analysis system using a gas image detection method that can also infer the disease caused by respiration.
  • an exhalation (exhalation) of a subject is photographed by an infrared camera using an infrared camera, and the breath is quantified by using the photographed image and the image, and the subject is examined by using a quantitative difference of breath or a change in temperature.
  • Respiratory analysis system using a gas image detection method for measuring the presence and degree and the composition of the respiratory will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a respiratory analysis system using a gas image detection method according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a normal air breathing: 100% air flow at the breathing unit of the respiratory analysis system shown in FIG. Is an example of a graph illustrating the concentration of the temperature, respiratory rate, and carbon dioxide over time, and the breathing time of the breath analysis system shown in FIG. Is a graph illustrating the temperature, respiratory rate, and the concentration of carbon dioxide according to the time taken by the image and the time of breathing
  • FIG. 4 shows the airflow loss breath of 0% of the air flow in the exhalation unit of the respiratory analysis system shown in FIG. 1.
  • It is an exemplary diagram exemplarily illustrating the photographed image and the concentration of the temperature, the respiratory rate, and the carbon dioxide according to the time of respiration.
  • the respiratory analysis system using the gas image detection method includes an exhalation (exhalation) photographing unit 30 and the control unit 40, in addition to the measurement bed 10, the biological signal
  • the measurement unit 20 and the display unit 50 may further include.
  • the exhalation photographing unit 30 As shown in FIG. 1, the exhalation photographing unit 30 is disposed around the face of a subject, and is placed in the mouth and nose of the subject. Take a picture of the exhaled exhalation.
  • the exhalation photographing unit 30 is an infrared camera, as shown in Figs. 2 and 3, the mouth and the nose of the test subject according to the temperature and humidity change according to the exhaled air discharged from the nose.
  • thermogram image taken by an infrared camera refers to an image in which the temperature distribution of the surface obtained by measuring infrared rays emitted from a certain surface is displayed in black and white (dark and light) or color.
  • the exhalation photographing unit 30 is the mouth of the test, the temperature of the test of the test through the infrared radiation emitted from the exhalation (exhalation) discharged from the nose, the exhalation (exhalation) around the nose and It is desirable to photograph the humidity change in a thermal image.
  • infrared filtering of a specific frequency band may allow a subject to take a thermal image of a distribution of carbon dioxide, which is a corresponding selection gas, in the exhalation exhausted through the mouth and nose.
  • the exhalation photographing unit 30 may be provided in a plurality of holder 11 to photograph the exhalation on an orthogonal line on the basis of the face of the subject, the front face of the subject in an embodiment of the present invention according to FIG.
  • the exhalation photographing unit 30 is disposed on the side and the side, respectively, so that the exhalation discharged from the mouth and nose of the examinee can be taken from the front and side of the face of the examinee, respectively.
  • the exhalation photographing unit 30 may move by tracking the face of the subject in the longitudinal direction.
  • the exhalation photographing unit 30 as described above is electrically connected to the control unit 40 transmits the captured thermal image to the control unit 40, the control unit 40 is electrically connected to the exhalation unit 30 Data communication is possible by being connected, and the thermographic image and the thermal image are processed and stored while receiving the image or image photographed by the exhalation photographing unit 30.
  • the control unit 40 is processed to quantify the respiration based on the thermal image which is an image taken by the exhalation photographing unit 30, wherein the control unit 40 is the captured heat to quantify the respiration
  • the image image is divided into frames, and each frame is selected as a measurement area around the subject's nose and mouth, and the selected measurement area is virtually divided into a grid of a corresponding size, and the measurement area is referred to as a reference.
  • the grid whose color has changed according to the breath of the subject is counted, and the degree of change in the color density of the grid whose color has changed is calculated, and data is stored for each time zone.
  • the subject can compare the presence or absence of respiration, the respiratory cycle, and the respiratory volume with reference to the biosignal data, thereby making it possible to infer the apnea disease of the subject.
  • the measurement bed 10 may include a base provided on the ground and a mattress lying on the ground, such as a conventional bed, the subject lies on.
  • the measuring bed 10 is provided with a cradle 11 for mounting the exhalation photographing unit 30, the cradle 11 is located at the head of the subject in the measuring bed 10,
  • the exhalation photographing unit 30 can be positioned around the face.
  • the holder 11 is transferred by the transfer means 12 provided in the measuring bed 10, it can be taken by tracking the face of the subject in the measuring bed (10).
  • the transfer of the holder 11 is the operator directly operating the operation means such as a joystick to manually transfer the holder 11 and the breath taking unit 30, or the image taken by the breath taking unit 30
  • the cradle 11 and the exhalation photographing unit 30 may automatically move by tracking the face of the examinee according to the displacement of the positional coordinates of the examinee's face.
  • a conveying screw may be used as the conveying means 12 for conveying the holder 11, and the exhalation photographing unit 30 moving along the longitudinal direction of the holder 11 may be a linear motor. It is not limited to this.
  • the biosignal measuring unit 20 may be mounted on a body of a subject to measure a biosignal of the subject.
  • the bio-signal measuring unit 20 is mounted on the subject's head, EEG measurement sensor 21 for measuring the brain wave of the subject, and a temperature measuring sensor 22 mounted on the body of the subject, to measure the body temperature of the subject And a pulse measuring sensor 23 mounted on the subject's body to measure the pulse of the subject, and if necessary, attaching one or more types of measurement sensors to the body of the subject, The measured value may be transmitted to the controller 40.
  • the biosignal of the examinee measured by the biosignal measuring unit 20 is transmitted to the controller 40 electrically connected to the biosignal measuring unit 20 to enable data communication.
  • biosignal measuring unit 20 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the EEG sensor 21, the temperature measuring sensor 22, and the pulse measuring sensor 23, but not limited to the heart rate Electrocardiogram sensors that can measure the cycle and degree of the may be included.
  • the display unit 50 is electrically connected to the exhalation photographing unit 30 and the control unit 40 to represent the bio-signal data stored in the control unit 40, photographing It shows the image of the exhalation.
  • 2 to 4 are images taken of the breath of the air flow 100%, 50%, 0% in the breathing unit of the respiratory analysis system according to an embodiment of the present invention and the temperature, respiratory volume, carbon dioxide over time of the breathing Concentrations are graphed, and the exhalation (exhalation) of the subject can be taken with a gas imaging infrared camera, and breathing can be quantified using the captured images and images. can do.
  • Respiratory analysis system using the gas image detection method according to an embodiment of the present invention is not limited to the diagnosis of snoring or sleep apnea as described above, and monitors the presence and respiratory volume of the normal person, as well as risk groups such as infants, intensive care, the elderly, etc.
  • the breathing change of the subject may be measured without installing a separate device when the subject is asleep, and even when the subject is awake.
  • the number of breaths, the cycle of breathing, the classification of breathing and coughing, and the degree of coughing can be measured according to the presence and quantification of breathing and the shape and speed of the breathing airflow.
  • NO Nitric Oxide
  • NO in human expiration increases in respiratory inflammatory reactions such as asthma and is used as a screening method for respiratory diseases (cold and asthma, etc.). Seems a bit awkward.
  • the respiratory analysis system using a gas image detection method can measure the gas of other components according to the wavelength of the infrared rays used in the camera, for example a camera of a wavelength capable of measuring ethanol
  • the non-contact alcohol can be determined by measuring the alcohol content in the breath can be indirectly measured drunk driving and the like.
  • the respiratory analysis system using the gas image detection method is an exhalation unit for photographing the exhalation of the subject, a control unit for calculating and storing the respiratory cycle and respiratory volume as the data, the biosignal
  • the display unit which displays the data according to the data, and the image of the photographed exhaled body is composed of a wearable device such as a head mounted display (HMD), a google glass, etc., which is composed of a single body, and provides only non-contact medical diagnosis. Rather, remote medical diagnosis using communication means is possible.
  • HMD head mounted display
  • a google glass etc.

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Abstract

본 발명은, 피검자와 인접하도록 배치되어, 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기(날숨)을 촬영하는 호기촬영부; 및 상기 호기촬영부와 전기적으로 연결되어, 상기 호기촬영부를 통해 촬영된 영상으로 호흡주기 및 호흡량, 호흡성분 등을 데이터로 산출 및 저장하는 제어부를 포함하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 비접촉으로 피검자의 호흡 유무를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자가 내쉬는 호기의 양을 정량화하여, 저호흡을 판별할 수 있어, 저호흡에 따른 질환도 유추 가능한 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템을 제공한다.

Description

가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템
본 발명은 호흡 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적외선 카메라를 이용하여 피검자의 호기(날숨)를 가스 영상 탐지 적외선 카메라로 촬영하고, 촬영된 영상 및 이미지를 이용하여 호흡을 정량화해, 호흡의 정량적 차이 또는 온도 등의 변화를 이용하여 피검자의 호흡 유무와 정도 및 성분을 측정하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 30대 이상의 성인들 중에서 코골이를 심하게 하는 사람들이 많은데 이러한 코골이는 극심한 피로, 비만, 스트레스, 비염, 인후염에 의한 원인으로 꼽고 있다.
문제는 이러한 코골이 중에 수초에서 수 십초 정도 호흡이 중지되는 무호흡증을 일으켜 심한 피로현상을 가져와 생활의 질을 급격히 저하시켜 학습과 일의 효율성을 저하시키고 산업재해와 교통사고의 원인이 될 수 있고 심하면 체내 산소공급 부족으로 인하여 심혈관활동과 뇌활동의 부전의 원인이 되는 경우가 있다. 특히 부정맥, 심근경색, 심부전 등의 심질환자와 뇌경색 및 뇌졸증의 병력을 가진 뇌질환자의 경우에 이러한 수면 무호흡증으로 인한 돌연사와 급사의 원인이 되기도 한다.
수면 무호흡증으로 인한 피해를 미연에 방지하기 위해서 수면 무호흡증을 가진 사람이 스스로 조심하면 되겠지만, 불행하게도 수면 무호흡증은 본인이 자각할 수 없다.
따라서 수면 무호흡증을 옆에 있는 가족들이 말하여 주어야 하지만, 7시간의 수면 중에 20회 이상 호흡이 정지되는 상태가 수면무호흡증인 것을 감안한다면 주위 사람들이 자지 않고 장시간 관찰하는 것도 간단한 것이 아니다.
최근에 이러한 무호흡증을 측정하고 모니터링하는 장치가 등장하고 있는데, 대상자의 입과 코의 사이즈에 맞는 호흡 마스크를 장착하여 수면 중 호흡의 변화에 따른 환기량의 변화를 측정하여 컴퓨터에 입력하여 측정하는 장치가 있다.
이러한 마스크는 모든 사람들에게 통일시킬 수 있는 것이 아니고 대상자의 입과 코의 모양에 따라 특수하게 제작된 것이 되어야 하고 장시간 측정된 호흡 환기량의 변화를 전기적인 신호로 바꾸어 컴퓨터에 입력하여 해석하는데 고가의 변환장치와 소프트웨어가 필요하고 전문의나 임상기사의 도움이 필요하다.
종래의 수면 무호흡증 측정 장치가 사용이 복잡하고 고가인 것도 있지만, 무엇보다도 수면 중에 입과 코에 특수한 마스크를 착용하는 점과 호흡환기량을 전송하는 연결선이 컴퓨터에 길게 연결되어 있어서 측정 장치 자체가 스트레스가 되어 수면에 영향을 준다는 문제점이 있다.
종래의 선행기술로는 공개특허 제10-2015-0033197호(2015.04.01)에서 확인할 수 있다.
본 발명은 적외선 카메라를 이용하여 피검자의 호기(날숨)를 가스 영상 탐지 적외선 카메라로 촬영하고, 촬영된 영상 및 이미지를 이용하여 호흡을 정량화하여, 비접촉으로 피검자의 호흡 유무를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자가 내쉬는 호기의 양을 정량화하여, 저호흡을 판별할 수 있어 저호흡에 따른 질환도 유추 가능한 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템은 피검자와 인접하도록 배치되어, 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기(날숨)을 촬영하는 호기촬영부, 및 상기 호기촬영부와 전기적으로 연결되어, 상기 호기촬영부를 통해 촬영된 영상으로 호흡주기 및 호흡량을 데이터로 산출 및 저장하는 제어부를 포함한다.
이때, 본 발명에 따른 상기 호기촬영부는 적외선카메라로 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기에 따른 온도 및 습도 변화에 따라 색상 또는 색농도가 변하는 열화상이미지로 촬영하거나, 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기 중 이산화탄소 분포 정도에 따라 색상 또는 색농도가 변하는 열화상이미지로 촬영하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 호기촬영부는 복수 개로 구비하여 피검사의 얼굴을 기준으로 직교 선상에서 호기를 촬영하는 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 피검자의 신체에 장착되고, 피검자의 생체신호를 측정하는 생체신호측정부 더 포함하고, 상기 생체신호측정부는 피검자의 머리에 장착되어, 피검자의 뇌파를 측정하는 뇌파측정센서와, 피검자의 신체에 장착되어, 피검자의 체온을 측정하는 온도측정센서와, 피검자의 신체에 장착되어, 피검자의 맥박을 측정하는 맥박측정센서를 포함할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 상기 호기촬영부 및 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부에 저장되는 생체신호에 따른 데이터를 나타내고, 촬영되거나 촬영된 호기의 영상을 나타내는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 호기촬영부, 제어부, 디스플레이부가 하나의 몸체로 이루어져, 피검자의 호흡을 살피는 관찰자의 머리 또는 신체에 장착되는 웨어러블 기기(wearable device)나 컴퓨터 그리고 네트워크 시스템을 이용한 원격 검사장비로 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템은 적외선 카메라를 이용하여 피검자의 호기(날숨)를 열화상으로 촬영하고, 촬영된 영상 및 이미지를 이용하여 호흡을 정량화하여, 비접촉으로 피검자의 호흡 유무를 측정할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 호흡의 유무뿐만 아니라, 피검자가 내쉬는 호기의 양을 정량화하여 저호흡을 판별할 수 있어, 저호흡에 따른 질환도 유추 가능한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템을 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 도 1에 나타낸 호흡 분석 시스템의 호기촬영부에서 기류: 100%인 정상호흡을 촬영한 이미지 및 그 호흡의 시간에 따른 온도, 호흡량, 이산화탄소의 농도를 그래프로 예시한 예시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 호흡 분석 시스템의 호기촬영부에서 기류: 50%인 기류감소호흡을 촬영한 이미지 및 그 호흡의 시간에 따른 온도, 호흡량, 이산화탄소의 농도를 그래프로 예시한 예시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 호흡 분석 시스템의 호기촬영부에서 기류 0%인 기류소실호흡을 촬영한 이미지 및 그 호흡의 시간에 따른 온도, 호흡량, 이산화탄소의 농도를 그래프로 예시한 예시도이다.
본 발명은 피검자와 인접하도록 배치되어, 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기(날숨)을 촬영하는 호기촬영부, 및 상기 호기촬영부와 전기적으로 연결되어, 상기 호기촬영부를 통해 촬영된 영상으로 호흡주기 및 호흡량을 데이터로 산출 및 저장하는 제어부를 포함하여, 비접촉으로 피검자의 호흡 유무를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 피검자가 내쉬는 호기의 양을 정량화하여, 저호흡을 판별할 수 있어, 저호흡에 따른 질환도 유추 가능한 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 적외선 카메라를 이용하여 피검자의 호기(날숨)를 가스 영상 탐지 적외선 카메라로 촬영하고, 촬영된 영상 및 이미지를 이용하여 호흡을 정량화해, 호흡의 정량적 차이 또는 온도 등의 변화를 이용하여 피검자의 호흡 유무와 정도 및 성분을 측정하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 호흡 분석 시스템의 호기촬영부에서 기류: 100%인 정상호흡을 촬영한 이미지 및 그 호흡의 시간에 따른 온도, 호흡량, 이산화탄소의 농도를 그래프로 예시한 예시도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 호흡 분석 시스템의 호기촬영부에서 기류: 50%인 기류감소호흡을 촬영한 이미지 및 그 호흡의 시간에 따른 온도, 호흡량, 이산화탄소의 농도를 그래프로 예시한 예시도이고, 도 4는 도 1에 나타낸 호흡 분석 시스템의 호기촬영부에서 기류 0%인 기류소실호흡을 촬영한 이미지 및 그 호흡의 시간에 따른 온도, 호흡량, 이산화탄소의 농도를 그래프로 예시한 예시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템은 호기(날숨)촬영부(30)와 제어부(40)를 포함하고, 추가하여 측정베드(10), 생체신호측정부(20), 디스플레이부(50)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 호기촬영부(30)를 상세하게 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 호기촬영부(30)는 피검자의 얼굴 주변에 배치되어, 피검자의 입과, 코에서 배출되는 호기(날숨)을 촬영한다.
이때, 상기 호기촬영부(30)는 적외선카메라로, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기에 따른 온도 및 습도 변화에 따라 피검사의 입과, 코 주변의 색상 또는 색농도가 변하는 열화상이미지로 촬영하거나, 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기 중 이산화탄소의 분포에 따라 피검사의 입과, 코 주변의 색상 또는 색농도가 변하는 열화상이미지로 촬영할 수 있다.
적외선카메라로 촬영되는 열화상이미지(Thermogram image)는 어떠한 표면에서 방사되는 적외선의 측정에 의해 얻어진 표면의 온도분포를 흑백의 농담(濃淡; 짙고 엷음) 또는 색깔로 표시되는 화상을 말하는데, 본 발명의 실시예에 따른 상기 호기촬영부(30)는 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기(날숨)에서 방사되는 적외선을 통해 피검사의 입과, 코 주변에서의 호기(날숨)에 따른 온도 및 습도 변화를 열화상이미지(Thermogram image)로 촬영하는 것이 바람직하다.
그리고 특정 주파수 대역의 적외선 필터링을 통해 피검자가 입과 코를 통해 배출하는 호기 중 해당 선별 가스인 이산화탄소의 분포를 열화상이미지(Thermogram image)로 촬영할 수도 있다.
또한, 상기 호기촬영부(30)는 거치대(11)에 복수 개로 구비하여 피검사의 얼굴을 기준으로 직교 선상에서 호기를 촬영할 수 있는데, 도 1에 따른 본 발명의 일 실시예로 피검자의 얼굴 정면과 측면에 각각 호기촬영부(30)을 배치하여, 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기를 피검자의 얼굴 정면과 측면에서 각각 촬영할 수 있다.
이때, 호기촬영부(30)는 길이방향을 따라 피검자의 얼굴을 추적하여 이동할 수 있다.
상기한 바와 같은 호기촬영부(30)는 제어부(40)와 전기적으로 연결되어 촬영된 열화상이미지는 제어부(40)로 전송하는데, 상기 제어부(40)는 상기 호기촬영부(30)와 전기적으로 연결되어 데이터통신이 가능하여, 상기 호기촬영부(30)가 촬영한 영상 또는 이미지를 전송받으면서, 열화상영상 및 열화상이미지를 가공하여 저장한다.
이때, 상기 제어부(40)는 상기 호기촬영부(30)를 통해 촬영된 영상인 열화상이미지를 토대로 호흡을 정량화할 수 있도록 가공하는데, 여기서 호흡의 정량화를 위해 상기 제어부(40)는 촬영된 열화상이미지를 프레임별로 나누고, 각 프레임에서 피검자의 코와 입 주변을 측정 영역으로 선정하며, 선정된 측정 영역에는 가상으로 해당 크기의 격자로 나누어 측정 영역의 기준으로 하고, 다수의 격자로 나누어진 상기 측정 영역에서 상기 피검자의 호흡에 따라 색이 변한 격자를 카운트하면서, 색이 변한 격자의 색 농도 변화 정도를 산출하여, 이를 시간대 별로 데이터화해 저장한다.
따라서, 열화상이미지를 통해 피검자의 입과 코 주변의 색변화로 호흡을 유무를 판단할 수 있고, 색이 변한 격자의 갯수 및 색 농도의 정도로 호흡량의 많고 적음을 판별할 수 있어 호흡의 정량화가 가능하다.
상기한 과정에 의해 호흡의 정량화가 이루어지면, 이를 바탕으로 상기 생체신호 데이터를 참조해 피검자가 호흡의 유무, 호흡주기, 호흡량을 비교 가능하여, 피검자의 무호흡증 질환을 유추 가능하도록 할 수 있다.
더불어, 측정베드(10)는 통상의 침대와 같이 지면에 설치되는 베이스와 상기 베이스의 상에 구비되어, 피검자가 눕는 메트리스를 포함할 수 있다.
그리고 상기 측정베드(10)에는 상기 호기촬영부(30)를 거치하는 거치대(11)를 구비하는데, 상기 거치대(11)는 상기 측정베드(10)에서 피검자의 머리 위치에 위치하여, 상기 피검자의 얼굴 주변에 호기촬영부(30)를 위치할 수 있도록 한다.
이때, 상기 거치대(11)는 상기 측정베드(10)에 구비된 이송수단(12)에 의해 이송되어, 상기 측정베드(10)에서 피검자의 얼굴을 추적하여 촬영할 수 있다.
여기서, 상기 거치대(11)의 이송은 운영자가 조이스틱 등의 조작수단을 직접 조작하여 상기 거치대(11) 및 호기촬영부(30)를 수동으로 이송하거나, 상기 호기촬영부(30)으로 촬영되는 영상을 토대로 추출한 피검자의 얼굴 위치좌표 변위를 따라 상기 거치대(11) 및 상기 호기촬영부(30)가 피검자의 얼굴을 추적하여 자동으로 이동하게 할 수 있다.
상기 거치대(11)을 이송하는 이송수단(12)으로는 이송스크류가 이용될 수 있고, 상기 거치대(11)의 길이방향을 따라 이동하는 호기촬영부(30)는 리니어모터 등이 이용될 수 있는데 이에 한정하지는 않는다.
그리고 상기 생체신호측정부(20)는 피검자의 신체에 장착되어, 피검자의 피검자의 생체신호를 측정할 수 있다.
이때, 상기 생체신호측정부(20)는 피검자의 머리에 장착되어, 피검자의 뇌파를 측정하는 뇌파측정센서(21)와, 피검자의 신체에 장착되어, 피검자의 체온을 측정하는 온도측정센서(22)와, 피검자의 신체에 장착되어, 피검자의 맥박을 측정하는 맥박측정센서(23) 등을 포함할 수 있는데, 필요에 따라 상기한 센서 중 하나 종류 이상의 측정센서를 피검자의 신체에 장착하여, 그에 따른 측정값을 제어부(40)로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 생체신호측정부(20)에 의해 측정된 피검자의 생체신호는 상기 생체신호측정부(20)와 데이터통신이 가능하게 전기적으로 연결된 제어부(40)로 전송된다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호측정부(20)는 뇌파측정센서(21)와, 온도측정센서(22)와, 맥박측정센서(23)에 한정하여 설명하나, 이에 한정하지 않고 심박의 주기 및 정도를 측정할 수 있는 심전도측정센서 등이 포함될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디스플레이부(50)는 상기 호기촬영부(30) 및 제어부(40)와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부(40)에 저장되는 생체신호 데이터를 나타내고, 촬영되는 호기의 영상을 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 분석 시스템의 호기촬영부에서 기류 100%, 50%, 0%의 호흡을 촬영한 이미지 및 그 호흡의 시간에 따른 온도, 호흡량, 이산화탄소의 농도를 그래프로 예시한 것으로, 피검자의 호기(날숨)를 가스 영상 탐지 적외선 카메라로 촬영하고, 촬영된 영상 및 이미지를 이용하여 호흡을 정량화 가능하고, 정량화된 데이터를 참고로 호흡에 관련된 질환도 유추할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템은 상기와 같이 코골이나 수면 무호흡 진단에 한정하지 않고, 영유나, 중환자, 노인 등과 같은 위험군뿐만 아니라, 정상인의 호흡 유무와 호흡량을 모니터링 할 수 있으며, 피검자가 수면 중일 때는 물론, 피검자가 깨어 있는 상태에서도 별도의 기구 장착 없이 피검자의 호흡 변화를 측정할 수 있다.
그리고, 호흡 유무 및 정량 및 호흡 기류의 모양 및 속도에 따라 호흡 횟수, 호흡의 주기, 호흡과 기침의 구분, 기침의 정도 등을 측정 가능하고, 의학적으로 사람의 호흡 성분을 분석하여 질병 유무를 진단할 수도 있어, 사람의 호기(expiration) 중의 NO(Nitric Oxide)는 천식과 같은 호흡기 염증 반응에서 증가하여 이를 측정함으로써 호흡기 질환(감기 및 천식 등)의 스크리닝(screening) 방법으로 사용되고 있습니다.(말투가 약간 어색한 것 같습니다.)
따라서, 호흡기 질환에 관련하여 비접촉식으로 의료진단이 가능하고, 또한 적외선카메라가 구비된 스마트폰(smart phone)에 소형 적외선 카메라를 장착할 수도 있고, PC에 장착된 적외선 카메라를 이용하여 환자 상태를 진찰 및 분석해서 실시간으로 원격 의료진단이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템은 카메라에 사용하는 적외선의 파장에 따라 다른 성분의 기체를 측정할 수 있는데, 일례로 에탄올을 측정할 수 있는 파장의 카메라를 사용하면 호흡 중의 알코올 성분을 측정함으로써 비접촉식으로 음주 유무를 판단할 수 있어 음주 운전 등을 간접적으로 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템은 피검자의 호기를 촬영하는 호기촬영부, 촬영된 영상으로 호흡주기 및 호흡량을 데이터로 산출 및 저장하는 제어부, 생체신호에 따른 데이터를 나타내고, 촬영되거나 촬영된 호기의 영상을 나타내는 디스플레이부가 하나의 몸체로 이루어진 헤드 마운티드 디스플레이(HMD), 구글글라스(google glass) 등과 같은 웨어러블 기기(wearable device)로 구성하여, 비접촉 의료진단뿐만 아니라, 통신수단을 이용한 원격 의료진단이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 피검자와 인접하도록 배치되어, 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기(날숨)을 촬영하는 호기촬영부; 및
    상기 호기촬영부와 전기적으로 연결되어, 상기 호기촬영부를 통해 촬영된 영상으로 호흡주기 및 호흡량을 데이터로 산출 및 저장하는 제어부를 포함하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 호기촬영부는
    적외선카메라로 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기에 따른 온도 및 습도 변화에 따라 색상 또는 색농도가 변하는 열화상이미지로 촬영하는 것을 특징으로 하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 호기촬영부는
    적외선카메라로 피검사의 입과, 코에서 배출되는 호기 중 이산화탄소 분포 정도에 따라 색상 또는 색농도가 변하는 열화상이미지로 촬영하는 것을 특징으로 하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 호기촬영부는
    복수 개로 구비하여 피검사의 얼굴을 기준으로 직교 선상에서 호기를 촬영하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 피검자의 신체에 장착되고 피검자의 생체신호를 측정하는 생체신호측정부를 더 포함하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 생체신호측정부는
    피검자의 머리에 장착되어, 피검자의 뇌파를 측정하는 뇌파측정센서와,
    피검자의 신체에 장착되어, 피검자의 체온을 측정하는 온도측정센서와,
    피검자의 신체에 장착되어, 피검자의 맥박을 측정하는 맥박측정센서를 포함하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 호기촬영부 및 제어부와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부에 저장되는 생체신호에 따른 데이터를 나타내고, 촬영되거나 촬영된 호기의 영상을 나타내는 디스플레이부를 더 포함하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 호기촬영부, 제어부, 디스플레이부가 하나의 몸체로 이루어져, 피검자의 호흡을 살피는 관찰자의 머리 또는 신체에 장착되는 웨어러블 기기(wearable device)로 구성하는 것을 특징으로 하는 가스 영상 탐지 방법을 이용한 호흡 분석 시스템.
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