KR101550350B1 - 피부 혈관 식별 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선으로 물체를 비치고 반사된 적외선을 기록했다가 기록된 적외선의 강도를 가시광 범위로 재투사하는 피부 혈관 식별 방법에 있어서, 근적외선 파장을 출력하는 단계와 피부조사체에서 반사된 적외선을 촬영하는 단계와 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하는 단계와 가시광선 대역의 RGB 광원을 이용하여 이미지를 출력하는 단계 및 이미지 출력을 제어하는 단계, 이미지 데이터를 조작하는 단계를 포함하여 이루어지는 정맥 조사 방법으로서, 입력 스위치의 조작 패널을 통하여 사이즈, 색상, 대비 등을 조절할 수 있도록 하여 가시광선의 시인성을 높이고, 메인 제어 보드를 조작하여 이미지 저장 기능, 색상 대비 조절 기능, 색 조절 기능 및 크기 조절기능을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하여 결과적으로 선명도가 높아져 작은 혈관을 찾을 수 있는 효과를 제공하는 피부 혈관 식별 제어 시스템 및 그 시스템을 이용한 정맥 조사 방법이다.

Description

피부 혈관 식별 제어 시스템{Vascular Venous Identification System}

본 발명은 적외선(IR, Infrared Ray)을 이용한 피부 혈관 식별 제어 시스템 및 그 시스템을 이용한 정맥 조사 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적외선을 피부에 조사하고 혈관 및 피부에 반사된 광량을 저장하여 영상 신호 처리를 통해 필터링 된 적외선의 강도를 가시광선 범위로 재조사하는 정맥 조사 시스템이다.

어떤 의료과정과 치료에서는 환자의 몸 전체의 모든 피부조직에서 피부 혈관인 정맥을 찾아야 하는 경우가 있다. 이런 피부 혈관 찾기는 특히 피하지방이 상당히 많을 때는 아주 어려울 수가 있다.

또한, 치료를 위한 정맥 주사 행위는 성인들에게도 두려우며, 무서운 주사 바늘은 아동들에게도 심리적인 불안감을 일으킬 수 있다. 아기들은 혈관이 작고 찾기가 힘들어 정맥 주사를 사용하기가 어려울 때가 많을 뿐만 아니라 주사를 놓는 간호사가 혈관을 잘못 찾으면 여러 번 지르기 때문에 환자의 공포감이 커질 수 있다.

이러한 이유로 정맥 주사와 피부 혈관 식별의 효과를 높이기 위하여 적외선을 이용한 정맥 조사 장치가 사용되어진다.

상기 조사(irradiation, 照射)라 함은 대상생물, 기관, 조직, 세포 또는 물체 등에 특정 파장의 방사선이나 빛을 비추는 것을 나타내는 용어이다.

이러한 적외선을 이용한 피부의 정맥 조사 장치는 식별 성능이 우수하고 적외선 노출에 의한 위험성이 없다는 장점 때문에 최근 많은 분야에서 주목을 받고 있다.

빛의 스펙트럼에서 적색 바깥쪽을 적외선이라 하며, 적외선은 가시광선보다 파장이 긴데, 그중에서 파장이 가장 짧은 0.75~3㎛인 것을 근적외선이라 한다.

일반적으로 피하층의 정맥을 식별 및 취득하기 위해서는 상기 근적외선 파장을 가지는 조명을 의료용으로 많이 사용한다.

하지만 피하층의 정맥은 피부로 덮어져 있고, 피부의 불균일한 조직으로 빛의 산란을 발생시켜 결과적으로 취득된 영상에서 정맥 패턴이 뚜렷하게 관측되지 않는다는 단점이 있다.

이러한 산란에 의한 흐림 현상은 정맥 영상으로부터 정맥 패턴을 디지털 영상 처리 방법으로 추출하는 과정을 어렵게 만든다. 또한 정맥 영상은 카메라 렌즈로부터 근거리에서 입력되므로 광학적인 요인으로 인한 흐림 현상이 나타날 수 있으며, 이는 위와 같은 이미지 처리 과정을 어렵게 만든다.

한편, 레이저광 자체가 집속적이고 기본적으로 확산되기 어렵기 때문에 레이저나 레이저 어레이를 광원으로 사용한 혈관 촬영장치는 잘 이용되지 못했다. 레이저 광원은 아주 좁은 지역에 집중해 균일한 조사를 할 수 있다. 레이저를 스캔하면, 피하 혈관의 영상이 기록되었다가 화소 형태로 투사될 수 있다. 이러한 레이저 조사는 충분히 균일하다고 할 수 있다. 고로 레이저빔을 조사하면 유용한 사이즈의 영상을 만들 수 있다.

KR 공개특허공보 10-2011-0078231 (2011.07.07.)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 850nm의 근적외선 파장 대역의 적외선 조사 레이저를 이용해 환자에게 근적외선을 비춰 피하 혈관의 가시도를 개선하는 시스템과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가시광선의 광원부를 제어 할 수 있도록 입력 스위치부에 의하여 적색, 청색, 녹색 엘이디(LED)의 범위, 색상, 대비 등을 조절할 수 있도록 하여, 피부 하부의 혈관 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 도와주는 것으로서 혈관의 정맥을 식별 탐지 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 이미지 처리 과정을 거쳐 조사되어진 혈관이 나타나는 영상을 입력 스위치부의 제어에 의하여 사이즈, 색상, 대비 등을 조절하여 가시광선을 조사 할 수 있도록 하여 시인성을 향상 시키는 것을 제공하기 위함이다.

또한, 본 발명은 입력 스위치부를 통하여 전원 On/Off 기능 및 현재 입출력되는 이미지 저장 기능, 이미지 출력 크기 조절 기능 및 색상 대비 변경 기능, RGB 엘이디(LED)의 색상 변경 기능의 제어 신호를 통하여 상기 메인 제어 보드를 제어하는 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 메인 제어부에 안드로이드 OS(Operating System)를 포팅(Porting)하여 소프트웨어의 업그레이드가 용이하고, 범용 소프트웨어로서 안정적인 시스템의 운영을 할 수 있도록 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 피부 혈관 식별 장치는 적외선을 발생하여 출력하는 적외선 조사 레이저부와 상기 적외선 조사 레이저부에서 반사된 적외선을 기록하고 촬영하기 위한 카메라모듈부와 상기 카메라모듈부에서의 적외선 입력된 영상 데이터를 입력으로 받아 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하는 영상 처리부와 상기 영상 처리부에 처리된 피부의 혈관 영상 데이터를 출력할 수 있도록 하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부의 영상을 피부에 재 조사하게 될 때 가시광선 대역의 조명을 하기 위한 RGB 광원부와 안드로이드 OS를 기반으로 사용하는 메인 제어부를 포함하여 이루어지며, 적외선을 피부에 조사하고 혈관 및 피부에 반사된 광량을 저장하여 영상 신호 처리를 통해 필터링 된 적외선의 강도를 가시광선 범위로 재조사하는 것을 특징으로 하는 피부 혈관 식별 제어 시스템을 개시한다.

또한, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 피부 혈관 식별 제어 시스템을 이용한 정맥 조사 방법으로, 상기 정맥 조사 장치에서 근적외선 파장을 출력하는 단계; 피부 조사체에서 반사된 적외선을 촬영하는 단계; 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하는 단계; 가시광선 대역의 RGB 광원을 이용하여 이미지를 출력하는 단계; 이미지 출력을 제어하는 단계; 및 이미지 데이터를 조작하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정맥 조사 방법이다.

또한, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 상기 이미지 출력을 제어하는 단계는 입력 스위치의 조작 패널을 통하여 가시광선의 광원부를 제어하도록 이루어지며, 적색, 청색, 녹색 엘이디(LED)의 범위, 색상, 대비 등을 조절할 수 있도록 하여 피부 하부의 혈관 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 상기 이미지 데이터를 조작하는 단계는 입력 스위치의 조작 패널을 통하여 이미지 저장 기능, 색상 대비 조절 기능, 색 조절 기능 및 이미지 크기 조절 기능을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 상기 이미지 데이터를 조작하는 단계는 메인 제어부에 포팅(Porting)되어진 안드로이드 OS(Operating System)를 통하여 소프트웨어의 업그레이드가 용이하고, 다른 통신 장치들과 호환성을 제공하고, 범용 소프트웨어로서 안정적인 시스템의 운영을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 본 발명에 의하면, 가시광에서는 보이지 않거나 보기 어려운 피하 혈관을 피부에서 쉽게 볼 수 있어, 채혈과 같이 혈관의 위치가 아주 중요한 의료 처치에서 피하 혈관을 아주 쉽게 찾을 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 적색, 청색, 녹색의 RGB 광원 출력의 사이즈, 색상, 대비 등을 조절할 수 있도록 하여 출력 영상의 시인성을 향상 시키는 효과가 있다.

또한, 입력 조작 패널을 통하여 전원 On/Off 기능 및 현재 입출력되는 이미지 저장 기능, 이미지 출력 크기 조절 기능 및 색상 대비 변경 기능, RGB 엘이디(LED)의 색상 변경 기능의 제어 신호를 통하여 상기 메인 제어 보드를 손쉽게 제어하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 메인 제어부에 안드로이드 OS(Operating System)를 포팅(Porting)하여 소프트웨어의 업그레이드가 용이하고, 범용 소프트웨어로서 비용이 저렴하고 안정적인 시스템의 운영을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 적외선을 이용한 정맥 조사 시스템의 동작 흐름을 보인 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 적외선을 이용한 정맥 조사 시스템의 구성을 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 적외선을 이용한 정맥 조사 시스템의 조작 패널의 구성을 보인 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정맥 조사 시스템에 의한 가시광선이 조사되어 피부 혈관이 보여지는 예를 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적외선을 이용한 정맥 조사 장치의 일 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 적외선을 이용한 정맥 조사 시스템의 동작 흐름을 보인 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 적외선을 이용한 정맥 조사 시스템의 구성을 보인 구성도이다.

도시된 바와 같이 정맥 조사 시스템의 동작 흐름은 근적외선 파장을 출력하는 단계(S101), 피부조사체에서 반사된 적외선을 촬영하는 단계(S102), 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하는 단계(S103), 가시광선 대역의 RGB 광원을 이용하여 이미지를 출력하는 단계(S104), 이미지 출력을 제어하는 단계(S105), 이미지 데이터를 조작하는 단계(S106)를 포함하여 구성된다.

상기 근적외선 파장을 출력하는 단계(S101)는 적외선 조사 레이저부(110)를 통하여 근적외선 파장을 조사하는 단계이다.

신체의 피부나 다른 체조직에서는 반사되고 혈액에서는 흡수되는 적외선 파장대는 700~1100㎚의 파장대로 알려져 있다. 상기 파장대는 가시광선 대역에 근접한 적외선이라 하여 근적외선이라고도 통칭한다.

적외선을 레이저 조사 방식으로 출력하면 좁은 지역에 집중해 균일한 조사를 할 수 있다. 특히, 본 발명의 레이저 조사 방식으로는 850nm 대역의 파장을 집중적으로 출력하여 조사하는 적외선 조사 레이저부(110)를 사용한다.

또한, 상기와 같은 적외선을 레이저 조사 방식으로 깜박임을 방지하고 좋은 화질을 얻기 위해 스트로브(Strobe) 제어 방식 조명 출력을 사용한다.

상기 피부조사체에서 반사된 적외선을 촬영하는 단계(S102)는 카메라모듈부(120)를 통하여 상기 적외선 조사 레이저부(110)에서 출력되어 조사 되어진 피부조사체(100)에서 반사된 적외선의 강도를 기록하고 눈에 보이지 않는 빛을 체조직에 투사하기 위한 촬영 단계이다. 피부체조직내의 피하 지방 밑에 있는 혈관은 상기 카메라모듈부(120)에서 입력되고 이미지 처리 과정을 거친 후 투사된 비디오영상에 의하여 선명히 보일 수 있다.

본 발명에서의 상기 카메라모듈부(120)는 800M 픽셀 이상의 고감도 CMOS 카메라를 사용하며, 상기 카메라모듈부(120)에 초점 거리를 맞추는 렌즈를 부착하여 보다 근거리에서 선명한 화질을 갖도록 하였다.

또한 상기 카메라모듈부(120)는 적외선 투과용 필터를 통하여 상기 적외선 조사 레이저부(110)에서 출력된 850nm 대역의 파장만을 필터링하여 감광할 수 있도록 하였으며, 초점 거리를 조절하는 초점렌즈를 포함하여 구성된다.

상기 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하는 단계(S103)는 영상 처리부(140)를 통하여 상기 카메라모듈부(120)에서의 적외선 입력된 영상 데이터를 입력으로 받아 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하는 이미지 처리 단계이다.

상기 가시광선 대역의 RGB 광원을 이용하여 이미지를 출력하는 단계(S104)는 영상 출력부(150)를 통하여 상기 영상 처리부(140)에 처리된 피부의 혈관 영상 데이터를 RGB 광원부(130)의 적색, 청색, 녹색의 3가지 파장의 Visible 빔을 사용하여 20Lux 이상의 광량으로 가시광선 대역의 이미지를 재 조사하는 단계이다.

상기 이미지 출력을 제어하는 단계(S105)는 영상 처리부(140)를 통하여 상기 카메라모듈부(120)에서의 적외선 입력된 영상 데이터에서 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하고, 입력 스위치부(170)와 같은 조작 패널을 통하여 RGB 광원부(130)의 3가지 파장의 Visible 빔 신호를 사이즈, 색상, 대비 등을 조절 하는 단계이다.

또한, 상기 입력 스위치부(170)와 같은 조작 패널을 통하여 RGB 광원부(130)의 3가지 파장의 Visible 빔 신호를 제어하여 가시광선 출력 이미지를 한 단계 이상 여러 단계의 크기로 조절이 가능하다.

또한, 입력 스위치부(170)를 통하여 전원 On/Off 기능 및 현재 입출력되는 이미지 저장 기능, 이미지 출력 크기 조절 기능 및 색상 대비 변경 기능, RGB 엘이디(LED)의 색상 변경 기능의 제어 신호를 통하여 상기 메인 제어 보드를 제어한다.

상기 이미지 데이터를 조작하는 단계(S106)는 메인 제어부(160)를 통하여 전원 On/Off 기능 및 현재 입출력되는 이미지를 메모리에 저장 및 메인 제어 보드를 제어하는 단계이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 적외선을 이용한 정맥 조사 시스템의 조작 패널의 구성을 보인 구성도로서 상기 이미지 출력을 제어하는 단계(S105)와 상기 이미지 데이터를 조작하는 단계(S106)는 도면에서 보여지는 입력 스위치부(170)의 조작 패널의 저장 버튼, 색상 대비 조절 버튼, 색 조절 버튼 및 크기 조절 버튼을 사용하여 조작 및 제어를 하는 단계이다.

본 발명은 메인 제어부(160)에 안드로이드 OS(Operating System)를 포팅(Porting)하여 소프트웨어의 업그레이드가 용이하고, 범용 소프트웨어로서 안정적인 시스템의 운영을 할 수 있다는 장점이 있다.

도 2의 본 발명의 실시 예에 따른 적외선을 이용한 정맥 조사 시스템의 구성을 보인 구성도에서 이를 자세히 설명하면,

먼저, 조명장치인 적외선 조사 레이저부(110)에서 850nm 파장대의 적외선 레이저를 출력한다. 상기 파장대의 적외선에서는 혈관은 배경에 비해 어두운 선으로 나타내어 혈관을 식별하게 해준다. 또한, 상기 적외선 조사 레이저부(110)에서 출력된 적외선은 집광렌즈(3)를 통하면서 적외선 레이저가 집광되어 적외선의 조도를 높여 피부에 투사되고 기존장비들 에서 불가능 했던 작은 혈관 까지도 보일 수 있도록 한다.

상기 적외선 조사 레이저부(110)에는 스트로브(strobe) 방식의 전원 공급이 이루어 진다.

상기 스트로브(strobe) 방식의 전원 공급이란, 기존의 연속적인(Continuous) 출력 제어 방식으로 인한 조명장치의 발열의 발생과 발열에 의한 주파수 노이즈를 유발 하는 문제를 해결한 것으로, 펄스범위변조(PWM, Pulse Width Modulation)을 이용하여 안정적으로 전압을 제어 하므로 조명 장치의 발열이 없고 수명 또한 증가 시켜 제품의 안정도 및 성능을 향상 시킬 수 있는 방식의 전원 공급을 말한다.

이는 기존의 연속(Continous) 방식의 적외선 빛을 피부에 조사 시 적외선의 침투 깊이 및 반사량의 영향에 따라 결과적으로 선명도가 낮아져 작은 혈관을 찾을 수 없는 단점을 해결해 주는 효과가 있다.

상기 적외선 조사 레이저부(110)에서 출력된 적외선이 피부체에서 반사된 빛은 하프미러(7)를 통해 들어오고 이 하프미러(7)는 적외선은 통과시키고 가시광선은 반사 시킨다.

상기 하프미러(half mirror)란, 빛의 일부는 반사하고 일부는 투과하도록 만들어진 거울로서, 반사율과 투과율이 반반인 것이 보통이므로 하프미러라고 하며, 카메라 입력 영상은 투과 시키고 출력 프로젝트 영상은 반사시키는 장치이다.

상기 하프미러(7)를 통해 들어온 피부에서 반사되어진 적외선 빛은 적외선 파장만 투과하는 적외선필터(6)를 통과 하고 카메라모듈부(120)의 초점렌즈(5)로 들어와 카메라모듈부(120)는 영상을 인식한다.

상기 카메라모듈부(120)가 인식된 영상은 영상 처리부(140)에서 적외선 이미지를 영상 처리하고 메인 제어부(160)의 메모리 장치에서 적외선 이미지를 기록할 수 있다.

상기 영상 처리부(140)에서 처리된 영상은 영상 출력부(150)를 통하여 영상을 조사 한다.

상기 영상 출력부(150)를 통하여 조사되는 영상은 가시광선 빛으로서, 540-550nm파장의 청색(Blue) LED(16)와 430-440nm파장의 녹색(Green) LED(15), 그리고 630-640nm 파장의 적색(Red) LED(14)가 동시에 조사되며, 상기 청색 LED(16)에서 조사된 빛은 청색은 투과하고 녹색은 반사하는 하프미러(13)와, 녹색과 청색은 투과하고 적색은 반사하는 하프미러(12)를 통과하고, 녹색 LED(15)는 상기 녹색을 반사하는 하프미러(13)에 반사 후 적색 반사 하프미러(12)를 통과하며, 적색 LED(14)는 적색 반사 하프미러(12)에 의하여 반사되어진다.

상기 적색, 녹색, 청색의 3가지 광원은 RGB 반사경(11)에 의하여 반사되고 액정의 이미지를 RGB로 투과하는 하프미러(9)에서 반사되어 진다.

이때 상기 영상 출력부(50)에서 조사된 영상이 이미지 모듈(10))을 통과하며 액정의 이미지를 RGB로 투과하는 하프미러(9)에 투사되어 상기 적색, 녹색, 청색의 3가지 광원과 합쳐진다.

상기 3가지 광원에 의하여 합쳐진 영상은 가시광선 빔의 포커싱용 초점렌즈(8)를 통하여 초점을 맞추고 다시 상기 하프미러(7)에 반사 되어 피부에 최종적으로 이미지 처리가 된 혈관이 나타나는 영상을 조사하게 된다.

도 4는 상기와 같은 처리 과정을 거쳐 조사되어진 혈관이 나타나는 영상을 예로 나타 내었다. 도 4의 예와 같이 본 발명에서는 상기와 같이 이미지 처리 과정을 거쳐 조사되어진 혈관이 나타나는 영상을 입력 스위치부(170)에 의하여 사이즈, 색상, 대비 등을 조절하여 가시광선을 조사 할 수 있도록 하고 메모리 저장 기능을 이용하여 이미지 저장을 가능하게 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

110 : 적외선 조사 레이저부
120 : 카메라모듈부
130 : RGB 광원부
140 : 영상 처리부
150 : 영상 출력부
160 : 메인 제어부
170 : 입력 스위치부
180 : 전원부
100 : 피부조사체

Claims (5)

1. 적외선을 발생하여 출력하는 적외선 조사 레이저부;
   상기 적외선 조사 레이저부에서 반사된 적외선을 기록하고 촬영하기 위한 카메라모듈부;
   상기 카메라모듈부의 적외선 입력 영상 데이터를 입력으로 받아 피하 혈관을 인식할 수 있도록 이미지 처리를 하는 영상 처리부;
   상기 영상 처리부에 처리된 피부의 혈관 영상 데이터를 출력할 수 있도록 하는 영상 출력부;
   상기 영상 출력부의 영상을 피부에 재조사하게 될 때 가시광선 대역의 조명을 하기 위한 RGB 광원부; 및
   메인 제어부를 포함하여 이루어지되,
   상기 적외선을 피부에 조사하고 혈관 및 피부에 반사된 광량을 저장하여 영상 신호 처리를 통해 필터링된 적외선의 강도를 가시광선 범위로 재조사하는 것을 특징으로 하는
   피부 혈관 식별 제어 시스템.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 메인제어부는 안드로이드 OS를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는
   피부 혈관 식별 제어 시스템.
   
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4. 삭제
5. 삭제

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