KR100961235B1

KR100961235B1 - 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 및 추적방법

Info

Publication number: KR100961235B1
Application number: KR1020080007847A
Authority: KR
Inventors: 김영철; 이태수; 김수종
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2010-06-03
Also published as: KR20090081786A

Abstract

본 발명은 안구의 안구운동 패턴을 정밀하게 분석할 수 있는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 및 추적방법에 관한 것이다.

본 발명에 안구운동 추적 시스템은 IEEE 802.15 표준 기반하에 네트워크망을 초기화하고, EOG 신호 패킷을 이용하여 상기 네트워크망 관리 및 상기 EOG 신호 패킷을 처리하는 관리 시스템과; 인간의 신체 일부인 안구의 운동 패턴을 감지하여 상기 관리 시스템과 상기 EOG 신호 패킷을 송수신하는 적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템(EMTS) 모듈을 포함하여 구성된다.

이러한 구성에 의하여 본 발명은 안구가 움직이는 자극에 의해 각막과 망막 간에 일정하게 존재하는 전압 즉, EOG 신호를 복수의 전극부를 이용하여 측정하고, 측정된 EOG 신호를 실시간으로 안구운동 추적 시스템 모듈에서 처리하여 관리 시스템에 전송된 EOG 신호를 데이터 베이스화 함으로써, 인간의 안구운동 패턴을 실시간 측정, 기록, 분석하여 인간의 생체학적, 신경생리학적, 정신물리학적 질병 유무 판단을 할 수 있다.

안구, 수면, EMTS, EOG, 수면장애, 수면다원검사, Database, 실시간

Description

무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 및 추적방법{EYE MOVEMENT TRACKING SYSTEM USING WIRELESS COMMUNICATION AND TRACKING METHODE}

본 발명은 안구운동 추적 시스템에 관한 것으로, 특히 안구의 안구운동 패턴을 정밀하게 분석할 수 있는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 및 추적방법에 관한 것이다.

유비쿼터스(ubiquitous)와 정보통신, 바이오분야가 급부상하면서 인간 삶의 질이 높아진 헬스케어(health care)시대에 돌입하게 되었고 사람의 감각기관을 이용하여 언제 어디서든 쉽게 정보를 취득하고 정보를 가공 할 수 있다.

인간의 감각기관 중 가장 많은 정보를 취득할 수 있는 기관은 시각이며 인간의 안구는 대략 60%이상의 외부정보를 뇌에 전달하는 감각기관이다. 또한, 인간의 안구는 무의식속에서 사람들의 심리적 상태를 외부로 표현 시킬 수 있는 감각기관이기도 하다.

따라서, 이러한 안구의 운동을 정확히 측정한다면 안구의 생체학적 운동검사와 관련 신경회로의 손상 및 진행 중인 질병 유무를 진단할 수 있다. 그에 대표적인 예로 신경생리학적 분야에 속하는 수면다원검사(Polysomnography)와 정신물리학 적 분야에 속하는 정신질환자의 안구 추적운동 검사이다.

수면다원검사는 1953년에 미국 생리학자 클라이트먼과 그의 제자 애서린스키의 작업을 통해 시작되었다. 이들은 “수면 실험실”에서 잠든 아기의 눈동자가 짧은 시간동안 눈꺼풀 속에서 빠른 움직임을 보이는 걸 목격했다. 계속된 조사에서 어른들도 분명히 이런 현상을 보였으며, 뇌파 활동을 기록하는 뇌전도(ElectroEncephaloGram : EEG)를 통해서 안구운동 시간대와 독특한 뇌파가 나타나는 시간대가 일치한다는 사실이 밝혀졌다. 이는 안구운동과 요동치는 뇌파 사이의 관계의 발견의 수면 연구에서 새로운 돌파구를 마련했고, 이 수면 단계를 급속안구운동기(Rapid Eye Movement : REM) 수면이라는 이름이 붙여졌다.

여기서, 인간은 수면 중 4단계의 REM 수준에 도달하게 되는데 이때, 수면다원검사를 통해 뇌파(EEG), 심전도(ECG), 근전도(EMG), 안전도(EOG) 신호를 측정할수 있는데, 이러한 신호들은 수면장애, 정신상태, 꿈 상태와 신경 질병 유무 판단 검사를 할 수 있다.

또한, 안구운동 추적 검사는 질병에 대해서 신빙성 있고 안정된 소견의 하나로써 알려져 왔다. (Holzman 1987; Clementz와 Sweeney 1990; Braff, 1993). Holzman은 정신분열병 환자의 약 70% 이상에서 안구운동 장애를 보임을 관찰하고 이러한 안구운동 이상이 정신분열병 환자의 주의력, 검사에 대한 동기, 약물 등과는 무관하고 정신분열병의 임상적인 상태와 관계없이 일관성을 갖는다는 보고를 하여 안구운동의 측정이 정신분열증의 중요한 진단 소견일 가능성을 보였다.

뿐만 아니라, 정신분열병 환자와 정신분열병에 이환되지 않은 생물학적 가족 중에서도 높은 빈도로 이상 안구운동이 확인되는데 일치율(concordance rate)에 관한 쌍생아 연구에서 이란성 쌍생아 보다 일란성 쌍생아에서 통계적으로 의미 있게 높게 나와 안구운동이 정신분열병에 대한 감수성의 생물학적 지표로 제안되었고 또 정신분열병의 유전에 대한 이해의 새로운 접근방식으로 생각되어 많은 연구자들이 관심을 갖고 있다.

위와 같이 안구운동은 인간이 질병유무 검사용으로 중요한 역할을 하고 있다. 따라서, 우리는 인간의 수면 중 안구운동 패턴을 정밀하게 분석할 수 있는 안구운동 추적 시스템(Eye Movement Tracking System : EMTS)을 필요로 하게 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 안구운동 기능의 정상/비정상 검사와 인간이 수면중 안구운동 패턴을 정밀하게 추적하고 분석할 수 있는 방법과 정신질환자의 특정정신적 상태를 일정한 안구 움직임 패턴으로 분석할 수 있는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 및 추적방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템은 IEEE 802.15 표준 기반하에 네트워크망을 초기화하고, EOG 신호 패킷을 이용하여 상기 네트워크망 관리 및 상기 EOG 신호 패킷을 처리하는 관리 시스템과; 인간의 신체 일부인 안구의 운동 패턴을 감지하여 상기 관리 시스템과 상기 EOG 신호 패킷을 송수신하는 적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템(EMTS) 모듈을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 및 추적방법은 안구가 움직이는 자극에 의해 각막과 망막 간에 일정하게 존재하는 전압 즉, EOG 신호를 복수의 전극부를 이용하여 측정하고, 측정된 EOG 신호를 실시간으로 안구운동 추적 시스템 모듈에서 처리하여 관리 시스템에 전송된 EOG 신호를 데이터 베이스(DB)화 함으로써, 인간의 안구운동 패턴을 실시간 측정, 기록, 분석하여 인간의 생체학적, 신경생리학적, 정신물리학적 질병 유무 판단을 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템은 IEEE 802.15 표준 기반하에 네트워크망을 초기화하고, EOG 신호 패킷(Electro OculoGram Signal Packet)을 이용하여 네트워크망을 관리 및 EOG 신호 패킷을 처리하는 관리 시스템(100)과, 인간의 신체 일부인 안구의 움직임을 감지하여 관리 시스템(100)에 EOG 신호 패킷을 송수신하는 적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템(Eye Movement Tracking System; EMTS) 모듈(200)을 포함하여 구성된다.

안구운동 추적 시스템(200)은 안구의 움직임을 감지하여 관리시스템(100)에 송신하도록 구비된다. 여기서, 안구운동 추적 시스템(200)은 안구의 운동 패턴을 감지하는 복수의 전극부(202)와, 복수의 전극부(202)를 통해 공급된 신호를 처리하여 생성된 EOG 신호 패킷을 전송하는 EOG 신호 패킷 전송부(204)를 포함하여 구성된다.

복수의 전극부(202)는 도 1에 도시된 바와 같이, 신체와 접촉하여 각 전극부의 기준 전압을 제공하는 접지 전극(224)과, 제 1 및 제 2 방향으로 이동하는 안구에 운동 패턴을 감지하는 제 1 및 제 2 전극(216. 218)과, 제 3 및 제 4 방향으로 이동하는 안구에 운동 패턴을 감지하는 제 3 및 제 4 전극(220, 222)을 포함하여 구성된다.

접지 전극(224)은 신체의 일부에 부착된다. 여기서, 접지 전극(224)은 신체와 접촉하여 감지된 전압을 EOG 신호 패킷 전송부(204)에 공급하여 다른 전극들에 기준 전압을 공급한다. 이때, 접지 전극(224)은 무분극형-전극 특성을 갖는 은-염화은(Ag-AgCl) 전극으로 형성될 수 있다.

제 1 및 제 2 전극(216, 218)은 안구의 운동 패턴을 감지하기 위한 제 1 및 제 2 방향 즉, 좌우측에 부착된다. 여기서, 제 1 및 제 2 전극(216, 218)은 정면을 응시할 때의 전압을 기준으로 안구의 좌우 운동 패턴을 양(+) 또는 (-) 전압의 형태로 EOG 신호 패킷 전송부(204)에 공급한다. 이때, 제 1 및 제 2 전극(216, 218)은 무분극형-전극 특성을 갖는 은-염화은(Ag-AgCl) 전극으로 형성될 수 있다.

제 3 및 제 4 전극(222, 220)은 안구의 운동 패턴을 감지하기 위한 제 3 및 제 4 방향 즉, 상하측에 부착된다. 여기서, 제 3 및 제 4 전극(222, 220)은 정면을 응시할 때의 전압을 기준으로 안구의 상하 운동 패턴을 양(+) 또는 (-) 전압의 형태로 EOG 신호 패킷 전송부(204)에 공급한다. 제 3 및 제 4 전극(222, 220)은 무분극형-전극 특성을 갖는 은-염화은(Ag-AgCl) 전극으로 형성될 수 있다.

따라서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상하 또는 좌우 측에 부착된 전극들(216 내지 220)은 정면을 응시했을 때 양측 전극의 전위가 균형을 이룸으로써 0㎶의 전압을 갖는다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 안구의 움직임이 정면을 응시하는 0°에서 오른쪽으로 30°가량 이동하는 경우 제 1 및 제 2 전극(216, 218)은 30°에 해당하 는 EOG 신호를 감지하여 출력한다. 또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 안구의 움직임이 도 3a와 반대인 왼쪽으로 -15°가량 이동하는 경우 제 1 및 제 2 전극(216, 218)은 -15°에 해당하는 출력 전압을 감지하여 출력한다. 따라서, 안구의 움직임의 변화에 따라 증가 또는 감소된 (+)의 전압 또는 (-)의 전압을 출력한다. 이와 같이, 제 3 및 제 4 전극(220, 222)는 안구의 상하 움직임을 감지하는 것으로 제 1 및 제 2 전극(216, 218)과 동일한 원리로 안구의 운동 패턴을 감지하여 해당 전압을 출력하게 된다.

EOG 신호 패킷 전송부(204)는 복수의 전극부(216 내지 222)에서 감지된 EOG 신호를 증폭하는 증폭부(210)와, 증폭된 EOG 신호를 필터링하는 필터링부(212)와, 필터링된 EOG 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터부(214)와, 디지털 신호를 처리하여 EOG 신호 패킷을 생성하는 제 2 MCU(206)와, EOG 신호 패킷 전송부의 식별 ID 및 제 2 MCU(206)에서 처리된 정보를 저장하기 위한 제 2 메모리부와, 제 2 MCU(206)에서 처리된 정보를 표시하기 위한 표시부(246) 및 EOG 신호 패킷을 전송하는 제 2 통신 모듈(208)을 포함하여 구성된다.

증폭부(210)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 전극부(202)에 의해 감지된 전압을 증폭하도록 구비된다. 여기서, 증폭부(210)는 제 1 및 제 2 전극(216, 218)에서 감지된 EOG 신호를 증폭하는 제 1 전치 증폭기(226)와, 제 3 및 제 4 전극(220, 222)에서 감지된 EOG 신호를 증폭하는 제 2 전치 증폭기(228)를 포함하여 구성된다.

제 1 전치 증폭기(226)는 제 1 및 제 2 전극(216, 218)에 EOG 신호를 공급받 는다. 여기서, 제 1 전치 증폭기(226)는 제 1 및 제 2 전극(216, 218)으로부터 공급된 EOG 신호를 증폭한다. 이때, 제 1 전치 증폭기(226)는 고 입력 임피던스와 높은 공통 모드 제거비(Common Mode Rejection Ratio; CMRR)을 갖는다.

제 2 전치 증폭기(228)는 제 3 및 제 4 전극(220, 222)에 EOG 신호를 공급받는다. 이러한, 제 2 전치 증폭기(228)는 제 3 및 제 4 전극(220, 222)으로부터 공급된 EOG 신호를 증폭한다. 이때, 제 2 전치 증폭기(228)는 고 입력 임피던스와 높은 공통 모드 제거비(Common Mode Rejection Ratio; CMRR)을 갖는다.

이와 같이 구성된, 각 전치 증폭기(226, 228)는 이득을 고려하여 이들 내부에 구성하고 있는 OP-AMP가 포화(Saturation)되지 않도록 해야 하며, 입력 바이어스(Input bias current) 전류가 수 pA(pico Ampere) 정도로 작은 것을 선택해야 한다.

필터링부(212)는 제 1 및 제 2 전치 증폭기(226, 228)를 통과한 EOG 신호를 필터링한다. 여기서, 필터링부(212)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 증폭된 EOG 신호의 밴드 패스 영역을 결정하는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)부(230)와, 밴드 패스 필터(230)를 통과한 EOG 신호의 전원 노이즈를 제거하는 제 1 및 제 2 노치 필터(Notch Filter)(236, 238)를 포함하여 구성된다.

밴드 패스 필터부(230)는 제 1 및 제 2 전치 증폭부(226, 228)에 의해 증폭된 EOG 신호에서 안정적인 EOG 신호를 추출하기 위해 밴드 패스 영역을 제외한 나머지 영역대의 주파수가 필터링되도록 구비한다. 이때, 밴드 패스 영역은 0.3 Hz ~ 48 Hz임이 바람직하다. 이러한, 밴드 패스 필터부(230)는 밴드 패스 영역보다 낮은 주파수 대역을 제거하는 적어도 하나 이상의 로우패스필터(Low Pass Filter)(232)와, 밴드 패스 영역보다 높은 주파수 대역을 제거하는 적어도 하나 이상의 하이패스필터(High Pass Filter)(234)를 포함하여 구성된다.

로우패스필터(232)는 제 1 및 제 2 전치 증폭부(226, 228)에서 증폭된 신호가 필터링되도록 구비된다. 여기서, 로우패스필터(232)는 증폭된 EOG 신호의 48[Hz]이상 영역에 존재하는 주파수를 제거한다.

하이패스필터(234)는 로우패스필터(232)를 통과한 EOG 신호가 필터링되도록 구비된다. 여기서, 하이패스필터(234)는 로우패스필터(232)를 통과한 EOG 신호의 0.3[Hz]이상 영역에 존재하는 주파수를 제거한다.

제 1 및 제 2 노치 필터(236, 238)는 밴드 패스 필터부(230)를 통과한 EOG 신호의 전원 노이즈를 제거하도록 구비된다. 이러한, 제 1 및 제 2 노치 필터(236, 238)는 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 일상생활에서 가장 심하게 발생하는 전원 노이즈 즉, 60[Hz]의 전원 노이즈를 제거한다. 여기서, 도 6a는 밴드 패스 필터부(230)를 통과한 EOG 신호가 제 1 노치 필터(236)를 통과하였으나 완전히 전원 노이즈가 제거되지 않은 것을 나타낸 것이다. 따라서, 제 1 노치 필터(236)를 통과한 EOG 신호를 다시 제 2 노치 필터(236)를 통과시킴으로써, 도 6b에 도시된 바와 같이, 60[Hz]의 전원 노이즈가 완전히 제거된 것을 확인 할 수 있다.

A/D 컨버터부(214)는 필터링부(212)를 통과한 아날로그 신호인 EOG 신호를 디지털 신호로 변환하여 제 2 MCU(206)에 공급한다. 여기서, A/D 컨버터부(214)는 EOG 신호를 샘플링하고자 하는 비트 수에 따라 가변 될 수 있다.

제 2 MCU(206)는 제 2 통신 모듈(208), 표시부(246), 제 2 메모리부(240) 및 A/D 컨버터부(214)에 제어신호를 공급하도록 구비한다. 여기서, 제 2 MCU(206)는 안구운동 추적 시스템(EMTS) 모듈(200)에 정보처리를 담당하고, A/D 컨버터부(214)에 의해 변환된 디지털 신호를 제 2 메모리부(240)에 저장하고, 이를 표시부(246)에 공급한다. 그리고, 제 2 MCU(206)는 변환된 디지털 신호를 이용하여 EOG 신호 패킷(150)을 생성하여 제 2 통신 모듈(208)에 공급한다. 이때, 제 2 MCU(206)는 제 1 통신 모듈(208)과 SPI, SCI, UART, I2C 중 어느 하나로 연결되어 통신한다.

EOG 신호 패킷(150)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 안구운동 추적 시스템을 식별하기 위한 식별 ID 필드(152)와, EOG 신호 패킷의 시작을 알리는 SOT(Start Of Text) 필드(154)와, 제 1 및 제 2 전극(216, 218)에서 감지되어 A/D 컨버터부(214)에서 처리된 정보가 저장된 ADC0 Data 필드(156)와, 제 3 및 제 4 전극(220, 222)에서 감지되어 A/D 컨버터부(214)에서 처리된 정보가 저장된 ADC1 Data 필드(158)와, 안구운동 추적 시스템 모듈의 상태를 알리는 State Byte 필드(160)와, EOG 신호 패킷의 수신 여부를 알리는 Request ACK 필드(162) 및 EOG 신호 패킷의 끝을 알리는 EOT(End Of Text)(164) 필드를 포함하여 구성된다.

제 2 메모리부(240)는 EOG 신호 패킷 전송부(204)에 설정된 식별 ID 저장 및 제 2 MCU(206)에서 처리된 정보를 저장한다.

표시부(246)는 제 2 MCU(206)에서 처리된 정보를 표시하도록 구비된다. 이러한, 표시부(246)는 제 1 내지 제 4 전극(216 내지 222)에 의해 감지된 EOG 신호를 확인할 수 있도록 표시한다. 이때, 표시부(246)는 전자종이(e-paper), 액정 표시패 널(Liquid Crystal Display Panel), 전계방출 표시패널(Field Emission Display Panel), 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel) 및 발광 표시패널(Light Emitting Display Panel) 등이 있다.

여기서, 표시부(246)에 표시되는 EOG 신호는 각 전극에서 출력되는 신호에 따라, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 전극(216, 218)에서 감지된 EOG 신호를 표시하는 제 1 라인(242)과, 제 3 및 제 4 전극(220,222)에서 감지한 EOG 신호를 표시하는 제 2 라인(244)으로 구성된다.

도 7a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 인간이 안구를 좌우로 움직일 때 제 1 및 제 2 전극(216, 218)에서 감지한 EOG 신호가 증폭부(210), 필터링부(212)를 통과하여 출력되는 EOG 신호 패턴을 확인할 수 있다. 그리고, 도 7c 내지 도 7d는 인간이 안구를 상하로 움직일 때 제 3 및 제 4 전극(220, 222)에서 감지한 EOG 신호가 증폭부(210), 필터링(212)를 통과하여 출력되는 EOG 신호 패턴을 확인할 수 있다. 마찬가지로, 도 7e 내지 도 7f는, 제 1 내지 제 4 전극(216 내지 222)에서 안구의 움직임 즉, 회전 또는 사각형으로 움직였을 때를 나타낸 도면이다.

제 2 통신 모듈(208)은 IEEE 802.15 표준 기반하에 EOG 신호 패킷(150)을 이용하여 관리 시스템(100)과 양방향 통신하도록 구비된다. 여기서, 제 2 통신 모듈(208)은 제 2 MCU(208)에서 생성된 EOG 신호 패킷(150)을 관리 시스템(100)에 송신한다.

관리 시스템(100)은 안구운동 추적 시스템 모듈로부터 송신된 EOG 신호 패킷을 처리한다. 여기서, 관리 시스템(100)은 도 9에 도시된 바와 같이, EOG 신호 패 킷을 수신하기 위한 EOG 패킷 수신부(102)와, EOG 패킷 수신부(102)에 수신된 EOG 신호 패킷을 EMTS 알고리즘을 이용하여 EMTS 응용 프로그램으로 표시하기 위한 서버(104)를 포함하여 구성된다.

EOG 패킷 수신부(102)는 안구운동 추적 시스템 모듈(200)로부터 송신된 EOG 신호 패킷을 수신하여 처리한다. 이때, EOG 패킷 수신부(102)는 EOG 신호 패킷을 수신하는 제 1 통신 모듈(106)과, EOG 패킷 수신부(102)를 제어하고 제 1 통신 모듈(106)에 수신된 EOG 신호 패킷을 처리하는 제 1 MCU(108)와, EOG 패킷 수신부(102)에 설정된 식별 ID 저장 및 제 2 MCU(206)에서 처리된 정보를 저장하는 제 1 메모리부(112), 제 1 MCU(108)에서 처리된 정보를 서버(104)에 전송하기 위한 제 1 인터페이스부(110)를 포함하여 구성된다.

제 1 통신 모듈(106)은 IEEE 802.15 표준 기반하에 EOG 신호 패킷을 이용하여 안구운동 추적 시스템 모듈(200)과 양방향 통신하도록 구비된다. 여기서, 제 1 통신 모듈(106)은 수신된 EOG 신호 패킷이 제 1 MCU(108)에서 처리되도록 공급한다. 그리고, 제 1 통신 모듈(106)은 안구운동 추적 시스템 모듈(200)을 제어하기 위한 제어신호를 제 1 MCU(108)로 부터 공급받아 송신한다.

제 1 MCU(108)는 제 1 통신 모듈(106), 제 1 인터페이스부(110) 및 제 1 메모리부(112)에 제어신호를 공급하도록 구비한다. 여기서, 제 1 MCU(108)는 EOG 패킷 수신부(102)에 정보처리를 담당하고, 안구운동 추적 시스템 모듈(200)로부터 수신된 EOG 신호 패킷을 처리하여 제 1 인터페이스부(110)에 공급한다. 이때, 제 1 MCU(108)는 제 1 통신 모듈(106)과 SPI, SCI, UART, I2C 중 어느 하나로 연결되어 통신한다.

제 1 인터페이스부(110)는 제 1 MCU(108)와 서버(104) 사이에서 양방향 통신 할 수 있도록 구비된다. 여기서, 제 1 인터페이스부(110)는 제 1 MCU(108)에 처리된 정보를 서버(104)에 공급할 수 있도록 설치한다. 그리고, 제 1 인터페이스부(110)는 관리자가 서버(104)의 EMTS 응용 프로그램을 통해 지시한 명령을 제 1 MCU(108)에 공급한다. 이때, 제 1 인터페이스부(110)는 USB, IEEE 1394, RJ-45 포트, RJ-19 포트, RJ-xx 포트 중 어느 하나 또는 조합하여 구비된다.

서버(104)는 사용자가 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템을 제어할 수 있도록 구비된다. 여기서, 서버(104)는 수신된 EOG 신호 패킷을 처리하여 표시하기 위한 EMTS 응용 프로그램(126)과, EOG 신호 패킷의 EOG 신호를 저장하기 위한 데이터 베이스 서버 프로그램(124)을 포함하여 구성된다.

EMTS 응용 프로그램(126)은 수신된 EOG 신호 패킷의 EOG 신호를 EMTS 알고리즘을 이용하여 관리자가 쉽게 확인할 수 있도록 서버의 내부에 설치한다. 이러한, EMTS 응용 프로그램(126)은 제 1 인터페이스부(110)로부터 공급된 제 1 MCU(108)에서 처리된 정보를 서버(104)의 내부에서 처리하여 원격지에서 관리자가 확인할 수 있도록 설치한다. 그리고, EMTS 응용 프로그램(126)은 웹 프로그램과 연동하여 인터넷(130)이 연결되어 통신이 가능한 다른 서버(128)에서 관리할 수 있도록 형성될 수 있다. 이때, EMTS 응용 프로그램(126)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템 모듈을 착용한 사용자를 지정하기 위한 구조창(122)과, 안구의 운동 패턴을 좌표로 나타내기 위한 구조창(118)과, 안구의 좌우 운동 패턴을 나타내기 위한 구조창(114)과, 안구의 상하 운동 패턴을 나타내기 위한 구조창(116)과, 안구의 상하좌우 운동 패턴을 조합하여 나타낸 구조창(120)을 포함하여 구성된다.

여기서, EMTS 알고리즘은 안구운동 추적 시스템 모듈의 복수의 전극부(216 내지 222)에서 감지되어 전송된 EOG 신호 패킷을 분석하여 안구의 상하좌우 움직임에 따라 X, Y극 좌표계의 좌표값으로 나타낼 수 있다.

도 11a 내지 도 11은 EMTS 알고리즘을 적용한 안구의 운동 패턴을 EMTS 응용 프로그램에 나타낸 도면이다.

먼저, 도 11a 및 표 1을 참조하면, 안구가 상측으로 움직였을 때 안구의 운동 패턴에 의해 x축 및 y축이 변화되고, x축 및 y축 값에 의한 눈동자의 위치를 확인할 수 있는 θ 위상을 갖는 벡터로 나타낼 수 있다.

도 11b 및 표 2을 참조하면, 안구가 하측으로 움직였을 때 안구의 운동 패턴에 의해 x축 및 y축이 변화되고, x축 및 y축 값에 의한 눈동자의 위치를 확인할 수 있는 θ 위상을 갖는 벡터로 나타낼 수 있다.

먼저, 도 11c 및 표 3을 참조하면, 안구를 회전시켰을 때 안구의 운동 패턴에 의해 x축 및 y축이 변화되고, x축 및 y축 값에 의한 눈동자의 위치를 확인할 수 있는 θ 위상을 갖는 벡터로 나타낼 수 있다.

이와 같이, 안구의 움직임이 EMTS 응용 프로그램에 표시됨으로써, 인간의 안구운동 패턴을 실시간으로 분석하여 사람이 수면 주 수면장애나 생체 신경계 질병 유무 판단을 할 수 있다.

데이터 베이스 관리 시스템(DataBase Management System; DBMS)(124)은 서버(104)의 내부에 구축된다. 여기서, 데이터 베이스 관리 시스템(124)은 안구운동 추적 시스템 모듈에서 감지되어 전송된 대용량의 EOG 신호를 효율적으로 저장하고 관리할 수 있도록 서버에 구축된다. 이러한 데이터 베이스 관리 시스템(124)은 안구의 움직임에 따른 인간의 생체학적, 신경생리학적, 정신물리학적 질병 유무를 판단하기 위하여 데이터베이스화되어 저장된 EOG 신호를 EMTS 응용 프로그램에서 호출하여 관리자가 확인(재생)할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 추적방법을 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 추적방법은 안구운동 추적 시스템을 초기화하는 단계와(S1), 복수의 전극부에서 EOG 신호를 감지하는 단계와(S2), 감지된 EOG 신호를 EOG 신호 패킷 전송부에서 처리하는 단계와(S3), EOG 패킷 전송부에서 처리된 EOG 신호를 이용하여 EOG 신호 패킷을 생성하여 전송하는 단계와(S4), 전송된 EOG 신호 패킷을 EOG 패킷 수신부에서 수신하는 단계와(S5), 수신된 EOG 신호 패킷의 EOG 신호를 서버에 전송하는 단계와(S6), 서버에 공급된 EOG 신호를 EMTS 알고리즘을 이용하여 EMTS 응용 프로그램으로 표시하는 단계와(S7), EOG 신호를 데이터 베이스 관리 시스템에 저장하는 단계(S8)를 포함하여 구성된다.

여기서, EMTS 응용 프로그램에 표시하는 단계(S7)는 적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템 모듈을 착용한 사용자를 지정하기 위해 구조창에 표시하는 단계와, 지정된 사용자에 EOG 신호에 따라 상기 EMTS 알고리즘에 의해 구해진 좌표값을 나타내는 단계와, 안구의 좌우 운동 패턴에 따른 상기 좌표값에 위상을 구조창에 나타내는 단계와, 안구의 상하 운동 패턴에 따른 상기 좌표값에 위상을 구조창에 나타내는 단계와, 안구의 상하좌우 운동 패턴의 좌표값을 조합한 위상을 구조창에 나타내는 단계를 포함하여 구성된다.

이와 같이 본원 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 및 추적방법은 안구가 움직이는 자극에 의해 각막과 망막 간에 일정하게 존재하는 전압 즉, EOG 신호를 복수의 전극부를 이용하여 측정하고, 측정된 EOG 신호를 실시간으로 안구운동 추적 시스템 모듈에서 처리하여 관리 시스템에 전송된 EOG 신호를 데이터 베이스(DB)화 함으로써, 인간의 안구운동 패턴을 실시간 측정, 기록, 분석하여 인간의 생체학적, 신경생리학적, 정신물리학적 질병 유무 판단을 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템 모듈을 나타낸 도면.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 안구 움직임에 따른 EOG 신호의 변화를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 증폭부를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 필터부를 나타낸 도면.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 2중 노치필터를 통과한 EOG 신호를 나타낸 도면.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템이 상하좌우 안구 운동 패턴에 따라 출력되는 EOG 신호를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구 운동 추적 시스템의 EOG 신호 패킷을 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 관리 시스템을 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 EMTS 응용 프로그램을 나타낸 도면.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구 운 동 추적 시스템이 감지한 EOG 신호가 EMTS 응용 프로그램에 표시되는 것을 나타낸 도면.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신을 이용한 안구 운동 추적 시스템의 추적방법을 나타낸 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 관리 시스템 102 : EOG 패킷 수신부

104 : 서버 106 : 제 1 통신 모듈

108 : 제 1 MCU 110 : 제 1 인터페이스부

112 : 제 1 메모리부 124 : 데이터 베이스 관리 시스템

126 : EMTS 응용 프로그램 150 : EOG 신호 패킷

200 : 안구운동 추적 시스템 모듈 202 : 복수의 전극부

204 : EOG 신호 패킷 전송부 206 : 제 2 MCU

208 : 제 2 통신 모듈 210 : 증폭부

212 : 필터링부 214 : A/D 컨버터부

Claims

IEEE 802.15 표준 기반하에 네트워크망을 초기화하고, EOG 신호 패킷을 이용하여 상기 네트워크망 관리 및 상기 EOG 신호 패킷을 처리하는 관리 시스템과; 인간의 신체 일부인 안구의 운동 패턴을 감지하여 상기 관리 시스템과 상기 EOG 신호 패킷을 송수신하는 적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템(EMTS) 모듈을 포함하며,

상기 관리 시스템은 상기 EOG 신호 패킷을 수신하기 위한 EOG 패킷 수신부와, 상기 EOG 패킷 수신부에 수신된 EOG 신호 패킷을 EMTS 알고리즘을 이용하여 EMTS 응용 프로그램으로 표시하기 위한 서버를 포함하고,

상기 안구운동 추적 시스템은 상기 안구의 움직임을 감지하는 복수의 전극부와, 상기 복수의 전극부를 통해 공급된 신호를 처리하여 생성된 EOG 신호 패킷을 송수신하는 EOG 신호 패킷 전송부를 포함하며,

상기 EOG 신호 패킷 전송부는 상기 복수의 전극부에서 감지된 상기 EOG 신호를 증폭하는 증폭부와, 증폭된 상기 EOG 신호를 필터링 하는 필터링부와, 필터링된 상기 EOG 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터부와, 상기 디지털 신호를 처리하여 EOG 신호 패킷을 생성하는 제 2 MCU와, 상기 EOG 신호 패킷 전송부를 식별하기 위한 ID와 상기 제 2 MCU에서 처리된 정보를 저장하기 위한 제 2 메모리부와, 상기 제 2 MCU에서 처리된 정보를 표시하기 위한 표시부와, 상기 EOG 신호 패킷을 전송하는 제 2 통신 모듈을 포함하고,

상기 EOG 신호 패킷은

상기 안구운동 추적 시스템을 식별하기 위한 식별 ID 필드, 상기 EOG 신호 패킷의 시작을 알리는 SOT(Start Of Text) 필드, 상기 복수의 전극부 중 제 1 및 제 2 전극부로부터 감지되어 상기 A/D 컨버터부에서 처리된 정보가 저장된 ADC0 데이터 필드, 상기 복수의 전극부 중 제 3 및 제 4 전극부로부터 감지되어 상기 A/D 컨버터부에서 처리된 정보가 저장된 ADC1 데이터 필드, 상기 안구운동 추적 시스템의 상태를 알리는 State Byte 필드, 상기 EOG 신호 패킷의 수신 여부를 알리는 ACK 필드 및 상기 EOG 신호 패킷의 끝을 알리는 EOT 필드를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 EOG 패킷 수신부는,

상기 EOG 신호 패킷을 수신하는 제 1 통신 모듈과;

상기 EOG 패킷 수신부를 제어하고 상기 제 1 통신 모듈에 수신된 상기 EOG 신호 패킷을 처리하는 제 1 MCU와;

상기 EOG 패킷 수신부를 식별하기 위한 ID와 제 1 MCU에서 처리된 정보를 저장하기 위한 제 1 메모리부와;

제 1 MCU에서 처리된 정보를 상기 서버에 전송하기 위한 제 1 인터페이스부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 서버는,

상기 EOG 신호 패킷을 상기 EMTS 알고리즘을 이용하여 표시하기 위한 상기 EMTS 응용 프로그램과;

상기 EOG 신호 패킷의 EOG 신호를 저장하기 위한 데이터 베이스 관리 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 EMTS 알고리즘은,

상기 각 복수의 전극부에서 감지된 상하좌우 상기 안구의 운동패턴을 극 좌표계의 좌표값으로 나타내는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 EMTS 응용 프로그램은

적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템을 착용한 사용자를 지정하기 위한 구조창과,

상기 지정된 사용자에 안구의 운동 패턴을 상기 EMTS 알고리즘에 의해 좌표값으로 나타내는 구조창과,

안구의 좌우 운동 패턴에 따른 상기 좌표값에 위상을 나타내는 구조창과,

안구의 상하 운동 패턴에 따른 상기 좌표값에 위상을 나타내는 구조창과,

안구의 상하좌우 운동 패턴의 좌표값을 조합하여 위상으로 나타내는 구조창을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 데이터 베이스 관리 시스템은 상기 EMTS 알고리즘에 의해 처리된 EOG 신호를 데이터 베이스화하여 저장하도록 구축되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 데이터 베이스 관리 시스템에 저장된 EOG 신호는 상기 EMTS 응용 프로 그램에 호출되어 확인가능한 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 인터페이스부는 USB, IEEE 1394, RJ-45 포트, RJ-19 포트, RJ-xx 포트 중 어느 하나 또는 조합하여 통신하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 MCU 와 상기 제 1 통신 모듈은 SPI, SCI, UART, I2C 중 어느 하나를 이용하여 통신하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 전극부는,

상기 신체와 접촉하여 상기 각 전극부에 기준 전압을 제공하는 접지 전극과;

제 1 및 제 2 방향으로 이동하는 상기 안구에 움직임을 감지하는 상기 제 1 및 제 2 전극과; 그리고

제 3 및 제 4 방향으로 이동하는 상기 안구에 움직임을 감지하는 상기 제 3 및 제 4 전극을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 12 항에 있어서,

상기 각 전극은 무분극형-전극 특성을 갖는 은-염화은(Ag-AgCl) 전극인 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 증폭부는,

상기 제 1 및 제 2 전극에서 감지된 상기 EOG 신호를 증폭하는 제 1 전치 증폭기와;

상기 제 3 및 제 4 전극에서 감지된 상기 EOG 신호를 증폭하는 제 2 전치 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 각 전치 증폭기는 고 입력 임피던스와 높은 공통 모드 제거비(CMRR)를 갖는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 필터링부는,

증폭된 상기 EOG 신호의 밴드 패스 영역을 결정하는 밴드 패스 필터부와;

상기 밴드 패스 필터를 통과한 상기 EOG 신호의 전원 노이즈를 제거하는 적어도 하나 이상의 노치 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 17 항에 있어서,

상기 밴드 패스 필터의 상기 밴드 패스 영역은 0.3 Hz ~ 48 Hz 인 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
제 17 항에 있어서,

상기 밴드 패스 필터부는,

상기 밴드 패스 영역보다 낮은 주파수 대역을 제거하는 로우패스필터와;

상기 밴드 패스 영역보다 높은 주파수 대역을 제거하는 하이패스필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템.
삭제
안구운동 추적 시스템을 초기화하는 단계와;(S1)

복수의 전극부를 이용하여 안구의 움직임을 감지함으로써 EOG 신호를 감지하는 단계와;(S2)

감지된 상기 EOG 신호를 EOG 신호 패킷 전송부에서 처리하는 단계와;(S3)

상기 EOG 패킷 전송부에서 처리된 상기 EOG 신호를 이용하여 EOG 신호 패킷을 생성하여 전송하는 단계와;(S4)

전송된 상기 EOG 신호 패킷을 EOG 패킷 수신부에서 수신하는 단계와;(S5)

수신된 상기 EOG 신호 패킷의 EOG 신호를 서버에 전송하는 단계와;(S6)

서버에 공급된 상기 EOG 신호를 EMTS 알고리즘을 이용하여 EMTS 응용 프로그램으로 표시하는 단계와;(S7) 그리고

상기 EOG 신호를 데이터 베이스화 하여 저장하는 단계(S8)를 포함하며,

상기 EMTS 응용 프로그램으로 표시하는 단계는 EOG 패킷 수신부를 이용하여 상기 EOG 신호 패킷을 수신하는 단계 및 서버를 이용하여 상기 수신된 EOG 신호 패킷을 EMTS 알고리즘을 이용하여 EMTS 응용 프로그램으로 표시하는 단계를 포함하고,

상기 EOG 신호 패킷 전송 단계는 상기 복수의 전극부에서 감지된 상기 EOG 신호를 증폭하는 단계, 상기 증폭된 상기 EOG 신호를 필터링 하는 단계, 상기 필터링된 상기 EOG 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 디지털 신호를 처리하여 상기 EOG 신호 패킷을 생성하는 단계, 상기 EOG 신호 패킷 전송부를 식별하기 위한 ID와 상기 EOG 신호 패킷을 저장하는 단계, 통신모듈을 이용하여 상기 EOG 신호 패킷을 전송하는 단계를 포함하며,

상기의 EOG 신호 패킷은

상기 안구운동 추적 시스템을 식별하기 위한 식별 ID 필드, 상기 EOG 신호 패킷의 시작을 알리는 SOT(Start Of Text) 필드, 상기 복수의 전극부 중 제 1 및 제 2 전극부로부터 감지되어 상기 디지털 신호로 변환된 상기 EOG 신호가 저장된 ADC0 데이터 필드, 상기 복수의 전극부 중 제 3 내지 제 4 전극부로부터 감지되어 상기 디지털 신호로 변환된 상기 EOG 신호가 저장된 ADC1 데이터 필드, 상기 안구운동 추적 시스템의 상태를 알리는 State Byte 필드, 상기 EOG 신호 패킷의 수신 여부를 알리는 ACK 필드 및 상기 EOG 신호 패킷의 끝을 알리는 EOT 필드를 포함한 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 추적방법.
제 21 항에 있어서,

상기 EMTS 응용 프로그램에 표시하는 단계는,

적어도 하나 이상의 안구운동 추적 시스템을 착용한 사용자를 지정하기 위해 구조창에 표시하는 단계와;

상기 지정된 사용자에 상기 EOG 신호에 따라 상기 EMTS 알고리즘에 의해 구해진 좌표값을 나타내는 단계와;

안구의 좌우 운동 패턴에 따른 상기 좌표값에 위상을 구조창에 나타내는 단계와;

안구의 상하 운동 패턴에 따른 상기 좌표값에 위상을 구조창에 나타내는 단계와;

안구의 상하좌우 운동 패턴의 좌표값을 조합한 위상을 구조창에 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 안구운동 추적 시스템의 추적방법.