KR101479415B1 - 피부 발한 반응을 이용한 신경 진단시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피부 발한 반응을 이용한 신경 진단기로서, 챔버나 캡슐 내에 인체 온도 상승을 위한 각종의 발열수단과 습도조절 등 공조장치와 인체 온도, 장치 내부 온도, 습도, 풍량 등을 측정하는 센서류와 카메라, 온도 상승에 따른 발열 및 발한의 상태를 2차원 및 3차원적으로 검출하는 카메라 및 광학계와 측정된 상태값에서 발한 양, 발한 시간, 최초 발한 특성, 발한의 시간, 온도, 습도에 따른 변화특성 등을 분석하고 이를 통해 피검사자의 병소와 통증부위, 통증정도를 간단하고 정확하게 진단하고 2차원 및 3차원적으로 인체 모형에 디스플레이 할 수 있는 발한진단기 장치에 관한 것이다.

Description

피부 발한 반응을 이용한 신경 진단시스템 {Thermoregulatory Sweat Tester, TST}

본 발명은 피부 발한 반응을 이용한 신경 진단기로서, 더욱 상세하게는 챔버나 캡슐 내에 인체의 온도를 상승시키기 위한 각종의 발열수단, 습도조절장치, 공조장치 등과 인체의 중심 온도 및 표면 온도와 장치 내부의 온도, 습도, 풍량 등을 측정하는 센서류, 온도 상승에 따른 발열 및 발한의 상태를 검출하는 측정기와 측정된 상태 값에서 발한 양, 발한 시간, 최초 발한 특성, 발한의 시간, 온도, 습도에 따른 변화특성 등을 분석하고 이를 통해 피검사자의 병소와 통증부위, 통증정도를 간단하고 정확하게 진단할 수 있는 발한 진단기 장치에 관한 것이다.

인체의 미세 신경에 이상이 생기면 운동, 감각, 자율조절계 등에 이상이 오게 된다. 이러한 이상을 검사하는 장비로는 QSART (Quantitative Sudomotor Axon Reflex Test), confocal 현미경을 이용한 피부조직검사, 측정기를 심어 신경을 측정하는 방법, TST 등이 있는데 TST를 제외한 대다수의 방법은 일부의 신경만을 측정할 수 있거나 검사를 위해 피검사자에게 다량의 약물을 투여해야만 하는 불편함이 있어 왔다. 또한, 현재 많이 보급되어 있는 적외선 체열 촬영기(DITI)는 인체의 피부 온도를 열화상으로 감지하고 체온 분포도를 측정하여 통증이나 병소부위, 정상부위의 진단을 열화상을 통해 출력하고 있으나, 피검사자의 상태변화(환경, 식사, 약물 등)에 따라 정확성과 재현 반복성이 떨어지는 등의 단점이 있다. 근전도 검사기(EMG)의 경우 재현성이 높아 널리 사용되고 있으나, 굵기가 어느 정도 이상이 되는 유수 신경만이 검사 가능하고, 검사가 불편하며, 고가이고, 자율신경계 진단에 있어서는 불안정한 결과를 얻는 경우가 많다.

이에 따라 전체 신경 상태를 빠른 시간 안에 전신 발한 패턴의 인식으로 해결하는 TST 방법이 많이 사용되고 있다. 그러나 기존의 TST 방법은 병원 내에 일부 공간에 장치를 수작업으로 간이 설치하여, 시스템화되어 있지 못한 관계로 고비용과 기타 불편이 발생하는 점이 있어 대중화가 이루어지기 어려운 실정이다. 또한, 기존의 TST 기기는 많은 장점이 있음에도 현재 발한 패턴만을 가지고 검사를 하고 진단하므로, 패턴 이외의 각 부위별 발한 양, 시간에 따른 발한의 변화 등을 감지해 내기에는 여러가지 제약이 많이 존재한다.

종래의 TST 방식은 위 좌측 사진과 같이 발색 시약을 바르고 발한이 된 영상을 기초로 우측과 같은 발한 패턴을 얻고, 이 패턴을 근거로 피검사자에게 예를 들면“말초신경병증이다." 라는 진단을 내리는 것인데, 발한에 반응한 발색 시약이 흐르거나 번질 우려가 있고 전체적인 영상에서 개략적인 패턴만을 이용해 진단을 하기 때문에 미세 부위별 병증의 진단에는 일정정도 제약이 많고, 발한이 초기에 많이 일어나는 경우 후기의 발한은 영상으로 잘 찾기 어려운 단점이 있다. 또한, 발한 진단 이후 피부에서 발색 시약을 닦고 진단기 내부를 청소하는 등 부가적인 후처리 작업이 번거롭게 이루어지는 단점이 있다.

하지만 본 발명에서 후술하는 바와 같이 발색 시약의 사용 없이 발한의 정도를 시간에 따라 데이터화하게 되면, 각 부위별 총 발한 양, 발한 시간, 부위별 최초 발한 조건, 발한 특성의 변화 등에 대해 종합적인 정보를 얻을 수 있어 기존의 패턴 검사만으로 알아내기 어려웠던 많은 분석들이 가능해진다.

본 발명에 의하면 발열수단, 센서, 측정기, 분석 컴퓨터 등으로 구성되어 시스템화가 가능하고, 통신 등을 통해 원격 진료 등도 가능해지며, 상대적으로 저렴하고 편리성이 높은 장치의 구성이 가능할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 발열 및 발한의 상태를 검출하고 발한 양, 발한 시간, 최초 발한 특성 및 발한의 시간적 변화 특성, 온도, 습도에 따른 변화특성 등을 분석하는 시스템화 기법을 통해 피검사자의 병소와 통증부위, 통증정도를 간단하고 정확하며 반복 재현성 높게 진단할 수 있어 사용자의 편의성과 효율성이 한층 높아지게 된다. 또한 본 발명에 의하면 자율 신경 기능의 관찰이 안정적으로 가능하며, 연속적인 변화의 관찰, 굵기가 가는 비유수신경의 검사, 장애인의 검사, 말초 신경계의 손상의 검사가 가능하다.

또한 기존의 TST가 고정된 카메라 패턴 영상을 기초로만 진단하는 문제로 인해 신체의 옆면이나 경사면에서의 발한양은 정확하게 잡아내기 어려운 점이 있었으나, 본 발명은 다수의 카메라의 위치/각도를 변화 제어하며 영상을 얻는 방법을 통해 3차원 영상을 얻어서 분석하거나 정확한 2차원 표면적에 대한 영상으로 얻을 수 있어, 단위 표면적 대비 발한양의 상대값으로의 보정이 가능한 장점을 가지게 된다.

본 발명의 목적은 피검사자가 편안한 상태에서 발열이라고 하는 적절한 자극을 받아 교감신경의 반응으로 발생하는 발한의 반응을 측정하고 이를 정성적, 정량적 분석을 통해 자율 신경계 진단, 피검사자의 병소와 통증부위 등을 진단하고 또한 기능 신경섬유 및 자율신경이상을 검진하여 말초신경병증 및 자율신경이상병증을 진단하는데 있어서 별도의 반응 발색 시약 없이 사용 가능한 진단장치 (Thermoregulatory Sweat Tester, TST) 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 챔버나 캡슐 내에 인체의 온도를 상승시키기 위한 복수의 발열수단 즉 코일형 히터, 온수 보일러 개념의 온수 파이프, 적외선, 근적외선, 원적외선 계열의 발광장치, PTC등 열풍 발생장치 등을 가지며 각종의 습도조절장치(모세관 현상을 이용한 필터 방식의 공기 정화식 가습장치, 초음파 가습장치, 가열식 가습장치, 제습장치 등)와 풍량과 풍속을 조절하는 공기 조화장치 등을 구비하며, 인체의 중심 온도 및 피부 표면 온도와 진단 장치 내부의 온도, 습도, 풍량 등 공기조화 정도를 측정하는 센서류와 적외선 카메라, 온도 분포 측정 카메라 등을 통해 챔버나 캡슐의 공기 상태, 피검사자 상태를 모니터링 한다. 온도 상승에 따른 발열 및 발한의 상태를 검출하며 이차원 영상 및 삼차원 영상을 추출할 수 있는 광학계 및 복수의 측정 카메라와 카메라의 위치및 각도를 변화시키는 구동장치 등을 가지며, 측정된 상태값에서 기록이 곤란한 영상을 제거하고 발한 패턴, 발한 양, 발한 시간, 최초 발한 특성, 발한의 시간, 온도, 습도에 따른 변화특성 등 발한 특징값을 추출해 진단 특징을 분석하고, 인체 모형 더미 (dummy)위에 2차원 또는 3차원적으로 표현하며 이를 통해 피검사자의 병소와 통증부위, 통증정도를 간단하고 정확하게 진단, 표현할 수 있는 소프트웨어를 가지는 발한진단기 장치를 통해 과제 해결의 수단을 제공한다.

본 발명에 따르면 피검사자가 일상적인 환경과 같은 편안한 상태에서 빠르고 정확하게, 발한의 특징 분석을 통한 진단과 인체모형 더미 위에 표시되는 디스플레이 방식을 통해 피검사자의 병소와 통증부위, 통증 정도를 알 수 있어 검사의 편의성과 효율성을 동시에 추구하는 것을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 검진 대상자가 누운 상태에서 발한 특성 검진을 받을 수 있는 상하부 분리식 진단기의 전체적인 외관 및 설치 구조도 이다.
도 2는 본 발명에 사용된 진단기의 기능별 블록 개념도이다.
도 3은 본 발명에 사용된 진단기의 기능 블록 간의 신호 개념도이다.
도 4는 본 발명에 사용된 진단기 처리 소프트웨어의 순서도이다.
도 5는 본 발명에 사용된 카메라와 광학계 및 카메라 구동장치의 개념도이다.
도 6은 본 발명에 사용된 발한 특성의 디스플레이 표현 방법의 예 그림이다.

도면을 참조하여 본 발명의 내용을 설명한다. (1) 먼저, 도 1은 본 발명의 대상인 검진 대상자가 누운 상태에서 발한 특성 검진을 받을 수 있는 챔버 또는 캡슐(이하 상자라 한다)의 전체적인 외관 및 설치 구조도이다. 각 상자는 고리부와 체결부로 구성되어 피검사자의 출입이 용이하게 구성되며, 안전성을 확보하는 구조로 제작된다. 미닫이 구조로도 가능하다. 상하부 복수의 상자는 내부에 카메라와 조명, 광학계 및 구동부를 가지며, 투명창 또는 반투명창으로 되어 있어 진단자가 진단기기 내부의 상태를 육안으로 확인하는 것이 가능하게 된 구조로 되어 있다.

창 일부분을 제외하고 상자는 발열부와 단열구조를 되어 있고, 이 발열부는 인체의 온도를 상승시키기 위한 복수의 발열수단으로 구성되며 대표적으로 코일형 히터, 온수 보일러 개념의 온수 흐름 파이프, 적외선, 근적외선, 원적외선 계열의 발광 조명장치, PTC등 열풍 발생장치 등이 그 구현 수단이 된다. 각종의 습도조절장치(모세관 현상을 이용한 필터 방식의 공기 정화식 가습장치, 초음파식 가습장치, 가열식 가습장치, 제습장치 등)와 상자 내부의 풍량과 풍속을 조절하는 공기 조화장치 등을 구비한다.

인체의 중심 온도 및 표면 온도와 장치 내부의 온도, 습도, 풍량 등을 측정하는 센서류와 적외선 카메라, 온도 분포 측정 카메라 등을 통해 챔버나 캡슐의 공기 상태, 피검사자 상태를 모니터링하며 최적의 조건으로 제어한다. 다수의 카메라와 조명, 광학계 및 카메라의 위치/각도를 이동시키는 구동부를 가져 발한 상태의 2차원 및 3차원 측정을 가능하게 하며, 발한 상태를 판단하는 데이터를 확보한다.

(2) 도 2는 진단기 기능별 블록의 개념도이다. 전자 체온계, 적외선 체온계 등을 통해 이마, 겨드랑이, 구강, 귀 등에 접촉식 또는 비접촉식으로 인체의 중심온도와 표면온도를 측정하여 그 값을 통신부를 통하여 컴퓨터 소프트웨어에 제공하며, 이를 통해 온도, 습도, 바람 등 진단기 내의 공기를 제어한다. 카메라를 통한 온도의 측정도 가능하다. 다수의 측정 카메라를 통해 발한 상태의 데이터를 확보하는데, 2차원 영상 및 3차원 영상으로 데이터 베이스화하기 위해 광학계나 구동장치를 이용한다. 즉, 모아레 간섭무늬나 땀 위치의 간섭무늬를 통한 발한 상태의 측정 영상, 시약을 바르고 발한 패턴을 측정하는 영상, 광학식 3차원 높이 데이터를 얻는 영상 등 적합한 영상을 확보하기 위해 각 광학계를 구성하고, 다수의 카메라의 위치와 각도를 제어하며, 확보한 영상을 기초로 3차원 영상을 추출하고, 3차원 표면 형상에 대한 2차원 표면적의 발한 상태를 소프트웨어적으로 추출하여 데이터베이스화 한다. 카메라의 위치/각도의 제어 구동계는 인체의 측면이나 경사면의 발한 상태를 정확히 영상화하고 진단하기 위해서도 필수적이다.

(3) 도 3은 본 발명에서 사용하는 진단기 기능 블록 간의 신호 개념도이다. 중심온도, 기기의 내부 온도, 인체 표면 온도를 각종 센서, 카메라 등을 통해 계측하여 통신부를 통해 컴퓨터에 입력한다. 이에 따라 컴퓨터는 온도, 습도, 바람등 공기를 통신부와 제어부를 통해 조절한다. 카메라의 영상을 통신부를 통해 입력하며, 적합한 영상을 얻기 위해 제어부를 통해 다수의 카메라의 위치/각도를 제어한다. 소프트웨어적으로 3차원 표면 형상에 대한 발한 상태를 얻어 이를 2차원 면적에 대해서 발한 정도의 표현으로 보정을 하여 단위 면적당의 발한 상태 값으로 표현을 하며, 발한 상태의 데이터 베이스를 구성하고 이 데이터를 이차원 또는 삼차원 인체모형 더미 위에 위치, 발한 양, 분포도를 표시하되, 피검사자의 발열온도, 시간, 투입 가열 온도 등과 함께 다수의 시간별로 확보하여, 피검사자의 발열/발한 특성을 파악한다. 파악한 발한/발열 특성은 추후에 재검사할 때, 기준으로 피검사자별 맞춤 측정을 가능하도록 한다. 피검사자의 치유 정도에 따른 비교 데이터 또한 확보한다.

(4) 도4는 본 발명의 진단기 처리 소프트웨어의 순서도 이다. 시작과 함께 스위치를 켜면 검진의 시작 여부를 묻고, 피검사자 관련 사항 등을 입력한다. 피검사자가 발한 측정을 하여, 기존의 발한/발열 특성 데이터가 있는 경우, 그 특성에 맞게 발열 및 습도, 바람 등 공기를 조절 제어한다. 피검사자의 맞춤 데이터가 없는 경우 천천히 발열시키며 온도, 습도, 바람을 제어한다. 센서 및 카메라를 통해 온도, 습도, 바람의 데이터를 입력하며, 원하는 중심온도에 이르도록 온도, 습도, 바람 등 공기를 조절 제어한다. 피검사자의 맞춤 데이터가 있는 경우 최초 발한 특성까지 빠르게 발열시키며 온도, 습도, 바람을 제어한다. 중심온도와 표면 온도를 측정하여 목표된 온도 근처에 이를 때부터 천천히 발열, 습도, 바람을 제어한다. 원하는 온도에서 발한 특성(위치, 발한 양, 분포도)을 카메라를 통해 영상처리하여 확보하며, 이를 위해 카메라의 제어를 한다. 센서의 작동에 이상이 있는 경우 측정을 중단하며 알람 신호를 발생시킨다.

(5) 도 5는 본 발명의 진단기의 카메라 및 광학계와 구동장치 개념도 이다. 즉, 기본적으로 다수의 측정 카메라를 통해 발한 상태의 데이터를 확보하는데, 3차원 영상과 피부 표면에 평행한 2차원 영상을 데이터 베이스의 기초 영상으로 이용한다. 발색 시약을 바르고 얻는 발한 패턴의 영상도 옆면이나 경사면의 경우 위치와 각도의 구동 제어를 통해 피부 표면에 평행한 면으로의 영상을 얻도록 하는 것이 가능하다. 이를 위해 다수의 카메라의 위치와 각도를 제어하며, 3차원 영상을 얻는데, 스테레오 비젼을 이용한 입체영상, 모아레 간섭무늬나 땀의 간섭무늬를 통한 발한 상태의 3차원 측정 영상, 광학식 3차원 높이 데이터를 얻는 입체영상 등 진단에 적합한 다양한 영상을 확보하는 것이 가능하다. 확보한 영상을 기초로 발한 상태를 소프트웨어적으로 추출하여 데이터베이스화한다. 도 5는 모아레 격자 무늬를 피검사자에게 투영하여 기준 격자무늬와 간섭 또는 비교하여 그 변화를 감지하여 3차원적으로 발한정도를 측정하는 광학계의 예인데, 정확한 측정을 위해 카메라부 일부에 위치와 각도의 제어가 가능한 구동부를 가지는 측정 카메라 예이다.

(6) 도 6은 본 발명의 발한 특성의 디스플레이 표현 방법의 예시도이다. 3차원 표면 형상에 대한 발한 상태를 얻어 이를 2차원 면적에 대한 평균 발한 정도의 표현으로 보정을 하며, 발한 상태의 데이터 베이스를 구성하고 이 데이터를 이차원 또는 삼차원 인체모형 더미 위에 위치, 발한 양, 분포도로 표시한다. 즉, 발한 특성을 2차원 또는 3차원 인체 모형 위에 그 위치, 양, 패턴을 점 또는 색, 형상 등을 이용해 표현하는 방법이며, 특정 위치 영상이나 확대 화면을 클릭이나 터치를 통해 인체 모형을 회전시키거나 확대시키며 볼 수 있는 구조이다.

부호없음

Claims (5)

1. 피검사자의 신체 온도상승을 위한 발열장치와; 챔버 내의 온도, 습도, 바람 등을 조절하는 장치와; 인체 온도, 상기 챔버 내부의 온도, 습도, 풍량 등을 측정하는 센서들과; 온도 상승에 따른 피검사자의 발열 및 발한의 상태를 2차원 및 3차원적으로 검출하는 카메라 및 광학장치와; 상기 장치들과 센서들로부터 측정된 데이타를 분석하여 상기 피검사자의 병소와 통증부위, 통증정도를 진단하는 소프트웨어와; 진단결과를 2차원 또는 3차원적으로 인체 모형에 나타내 주는 디스플레이부와; 상기 장치와 센서, 광학장치, 디스플레이부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 발한 반응을 이용한 진단장치에 있어서,
   상기 제어부는 상기 피검사자의 과거 발한 반응 데이터가 존재하는 경우 상기 데이터를 이용해 발한 측정 시간을 최소화하는 발열량, 발열온도를 제어하며 전체 발열 면적을 다수의 소 면적 모듈로 구분하고 상기 모듈 하단에 장착한 다수의 센서와 카메라 및 광학계를 이용하여 스트레오비젼이나 모아레 간섭무늬를 통한 3차원 측정 영상을 획득하는 것을 특징으로 하고,
   상기 소프트웨어는 상기 피검사자의 발한 양이나 분포, 시간 등의 발한 특성을 3차원 표면에 대해 얻고, 이를 2차원 노출 표면적에 대한 특성으로 보정하여 그 결과인 단위 피부 표면적 당 발한 특성 보정 값을 2차원 또는 3차원 인체 모형에 표시하며, 부위별 클릭이나 터치에 의해 인체 모형을 회전시키거나 확대시키며 해당 부위의 자세한 발한 정보와 영상을 디스플레이부로 보내는 것을 특징으로 하는 피부 발한 반응을 이용한 진단장치.
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