KR101725654B1 - 호흡 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 호흡 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른호흡 모니터링 방법에 있어서, 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받아, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 단계, 상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하는 단계, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계, 그리고 상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 저가의 멀티 센서를 이용할 수 있어 비용이 저렴하고, 비침습적(non-invasive)이며 휴대성이 높다. 또한 패시브 마커와 색상이 있는 플레이트를 포함하는 마커를 이용하여 호흡 모션의 트래킹이 정확히 이루어지며, 다양한 호흡 모션 측정 상황의 분류가 가능하고, 환자의 갑작스런 움직임이 있더라도 이후 호흡 모션을 자동으로 재측정이 가능하게 된다.

Description

호흡 모니터링 장치 및 그 방법{RESPIRATORY MONITORING SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 호흡 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서장치 및 패시브 마커를 이용하여 환자의 호흡을 측정하는 호흡 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
대부분의 병원에서는 환자의 신체를 측정하기 위하여 CT, MRI 및 X-Ray와 같은 신체 촬영 측정 기기를 사용한다. 그리고 이러한 측정 기기를 통해 수집한 의료 정보들은 환자의 병세를 판단하거나 수술을 위한 사전 자료로 활용된다.
하지만 이러한 신체 측정 장비는 환자의 호흡을 상황에 맞게 조절해야 정확한 신체 측정 정보를 획득할 수 있으며, 환자의 호흡이 제대로 조절되지 않은 경우 부정확한 신체 측정 정보를 획득함으로써, 예기치 않은 의료사고 등이 발생할 수 있다.
그러나 대부분의 병원은 신체 측정 장비를 운용하는 인력이 부족하여 촬영시 환자의 호흡을 지속적으로 관리하기 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 압력 센서 등을 이용한 호흡 모니터링 시스템들이 사용되고 있으나, 환자의 자세에 따라 부정확한 모니터링 결과를 출력하거나, 정확한 호흡 모니터링 결과를 출력하더라도 장비 자체가 매우 고가에 형성되어 있어 운영상에 어려움이 따르는 실정이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2008-0039919호(2008.05.07공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 센서장치 및 패시브 마커를 이용하여 환자의 호흡을 측정하는 호흡 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 호흡 모니터링 장치를 이용하는 호흡 모니터링 방법에 있어서, 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받아, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 단계, 상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하는 단계, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계, 그리고 상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 단계를 포함한다.
상기 마커는, 패시브 마커(Passive Marker)와 플레이트(Plate)를 포함할 수 있다.
상기 마커의 실시간 위치를 수집하는 단계는, 상기 센싱 정보 및 기 저장된 상기 마커의 형상 정보를 이용하여 상기 패시브 마커의 후보 영역 및 상기 플레이트의 후보 영역을 검출하는 단계, 그리고 상기 패시브 마커의 후보 영역과 상기 플레이트의 후보 영역을 매칭하여 상기 마커를 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 센싱 정보는, 컬러 이미지 정보, 적외선(IR) 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계는, 상기 중간지점으로부터 상기 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡 깊이로 판단하여 연산할 수 있다.
상기 마커의 탐지 여부, 상기 호흡깊이, 상기 마커의 실시간 위치 및 상기 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계는, 상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하는 단계, 상기 플레이트에 수직하고 상기 마커의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 상기 단위 백터와 상기 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정하는 단계, 그리고 상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 위치들 사이의 거리 또는 상기 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링을 정지하거나 상기 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치는 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받는 입력부, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 트래킹부, 상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 연산부, 그리고 상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 출력부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 저가의 멀티 센서를 이용할 수 있어 비용이 저렴하고, 비침습적(non-invasive)이며 휴대성이 높다. 또한 패시브 마커와 색상이 있는 플레이트를 포함하는 마커를 이용하여 호흡 모션의 트래킹이 정확히 이루어지며, 다양한 호흡 모션 측정 상황의 분류가 가능하고, 환자의 갑작스런 움직임이 있더라도 이후 호흡 모션을 자동으로 재측정이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치를 이용한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마커를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 S410단계의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패시브 마커 후보 영역 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플레이트 후보 영역 및 마커 탐지 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모션 방향 축 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 포인트 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 상황 판단 과정의 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 결과 출력을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
우선, 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템에 대하여 살펴본다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치를 이용한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 호흡 모니터링 장치(100)를 이용한 호흡 모니터링 시스템은 센서 장치(200)가 마커(50)를 부착한 측정 대상자를 측정하여 센싱 정보를 생성하면, 호흡 모니터링 장치(100)는 센싱 정보를 입력받아 호흡 모니터링 결과를 생성한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마커를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2를 통해 마커의 형상에 대하여 구체적으로 살펴보면, 마커(50)는 도 2에서와 같이 플레이트(52)와 패시브 마커(51)를 포함한다.
이때 마커(50)가 플레이트(52)를 포함하는 이유는 마커(50) 탐지의 정확성을 높이기 위함이며, 플레이트(52)의 형태는 원형, 사각형, 삼각형 등을 포함하고, 플레이트(52)의 색상은 노란색, 파랑색, 녹색 등을 포함한다.
그리고 패시브 마커(51)의 형태는 구형 등을 포함한다. 여기서 패시브 마커(51)는 외부로부터 빛을 흡수하여 발산하는 형태의 수동 마커를 의미하며, 빛은 적외선 등을 포함한다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치(200)로부터 센싱 정보를 입력받는다. 그리고 입력받은 센싱 정보를 이용하여 호흡깊이를 연산하고 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력한다. 호흡 모니터링 장치(100)는 아래에서 구성도를 통해 구체적으로 살펴보도록 한다.
다음으로, 센서 장치(200)는 측정 대상자를 측정하여, 측정 대상자를 측정한 센싱 정보를 유무선 통신을 통해 호흡 모니터링 장치(100)로 전송한다. 여기서 센서 장치(200)는 IR 센서, 카메라, 깊이 센서, 초음파 센서, 압력 센서, 자이로 센서 등을 포함한다.
그러면, 도 3을 통해 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치(100)에 대하여 살펴본다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치의 구성도이다.
우선, 호흡 모니터링 장치(100)는 입력부(110), 트래킹부(120), 연산부(130) 및 출력부(140)를 포함하며, 판단부(150)를 더 포함할 수 있다.
호흡 모니터링 장치(100)에 대하여 구체적으로 살펴보면, 입력부(110)는 센서 장치(200)로부터 센싱 정보를 입력받는다. 여기서 입력부(110)는 센서 장치(200)와 유무선 통신을 통해 연결되어 센싱 정보를 수신한다. 그리고 센싱 정보는 센서 장치(200)를 이용하여 측정한 데이터로서, 센싱 정보는 컬러 이미지 정보, 적외선 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
다음으로, 트래킹부(120)는 센싱 정보를 이용하여 측정 대상자의 신체에 부착된 마커(50)를 탐지한다. 이때, 마커(50)는 패시브 마커(Passive Marker, 51)와 플레이트(Plate, 52)를 포함한다.
구체적으로 트래킹부(120)는 센싱 정보와 기 저장된 마커(50)의 형상 정보를 이용하여 패시브 마커(51)의 후보 영역 및 플레이트(52)의 후보 영역을 각각 검출한다. 그리고 트래킹부(120)는 각각 검출된 패시브 마커(51)의 후보 영역과 플레이트(52)의 후보 영역에 대한 데이터를 매칭하여 마커를 탐지한다. 여기서, 마커(50)의 형상 정보는 패시브 마커(51)의 형태 및 크기 등에 대한 정보와 플레이트(52)의 형태, 크기 및 색상 등에 대한 정보를 포함한다.
또한, 트래킹부(120)는 마커(50)의 실시간 위치를 수집한다. 트래킹부(120)는 마커(50)의 실시간 움직임을 트래킹하여 위치를 수집하며, 이때 마커(50)의 중심점을 마커(50)의 위치로 판단하여 마커(50)의 실시간 위치를 수집할 수 있다.
그리고, 트래킹부(120)는 칼만 필터를 이용하여 센싱 정보에 포함된 측정 대상자의 호흡 모션에 따른 노이즈를 제거할 수 있다. 구체적으로, 트래킹부(120)는 마커(50)의 실시간 위치에 칼만 필터를 적용하여 노이즈를 제거한다. 또한 트래킹부(120)는 기 저장된 파라미터로부터 노이즈의 정도 또는 호흡깊이의 평균에 대응하는 파라미터를 선택하여 칼만 필터의 파라미터를 선정할 수 있다.
다음으로, 연산부(130)는 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산한다. 예를 들어 연산부(130)는 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)를 이용하여 마커(50)의 실시간 위치들로부터 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산할 수 있다. 여기서, 호흡 모션 방향 축이란 측정 대상자가 호흡을 하는 경우 마커(50)가 움직이는 방향 축을 의미한다.
또한, 연산부(130)는 호흡 모션 방향 축에 마커(50)의 실시간 위치를 투영하여 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 연산하고, 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점에 해당하는 프로젝션 포인트와 및 양측 종단점의 중간지점을 추출한다.
그러면, 연산부(130)는 복수의 프로젝션 포인트, 양측 종단점 및 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정 대상자의 호흡깊이를 연산한다. 이때 호흡 깊이는 프로젝션 포인트와 중간지점 사이의 거리를 의미하며, 프로젝션 포인트는 복수이므로 각각의 프로젝션 포인트에 대응하여 복수의 호흡깊이가 연산된다.
또한, 양측 종단점은 지면으로부터 가장 가까운 거리에 위치한 최소점과 지면으로부터 가장 먼 거리에 위치한 최대점을 포함하며, 연산부(130)는 프로젝션 포인트가 최소점과 중간지점 사이에 위치한 경우와 최대점과 중간지점 사이에 위치한 경우, 각기 다른 부호를 가지도록 하여 호흡깊이를 연산할 수 있다.
다음으로, 출력부(140)는 호흡깊이를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력한다. 구체적으로 출력부(140)는 X축을 시간축으로 하고 Y축을 호흡깊이로 하는 2차원 좌표상에 호흡 모션 그래프를 생성하여 출력할 수 있다. 또한, 출력부(140)는 판단부(150)의 호흡 모니터링 상황 판단 결과에 대응하는 호흡 측정 상황 그래프를 생성하여 출력할 수 있다.
다음으로, 판단부(150)는 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단한다. 구체적으로 판단부(150)는 마커(50)의 탐지 여부, 호흡깊이, 마커(50)의 실시간 위치 및 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단한다. 이때, 호흡 모니터링 상황은 준비단계, 정상모션, 호흡중지, 일시적 가림, 측정불가 및 갑작스런 움직임 등을 포함할 수 있다.
그리고, 판단부(150)는 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하고, 플레이트(52)에 수직하고 마커(50)의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하여 단위 벡터와 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정할 수 있다. 또한, 측정된 거리 및 각도가 각각의 임계값보다 큰 경우 호흡 모니터링을 정지하거나 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 11을 통해 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치를 이용한 호흡 모니터링 방법에 대하여 살펴본다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 방법의 순서도이다.
먼저, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치(200)로부터 센싱 정보를 입력받아, 마커(50)를 탐지하고, 마커(50)의 실시간 위치를 획득한다(S410). 이때, 센싱 정보는 센서 장치(200)가 측정 대상자를 측정한 정보로서, 컬러 이미지 정보, 적외선 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
그리고 호흡 모니터링 장치(100)는 칼만 필터를 이용하여 센싱 정보에 포함된 측정 대상자의 호흡 모션에 따른 노이즈를 제거할 수 있다. 구체적으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 실시간 위치에 칼만 필터를 적용하여 노이즈를 제거한다. 또한, 호흡 모니터링 장치(100)는 기 저장된 파라미터로부터 노이즈의 정도 또는 호흡깊이의 평균에 대응하는 파라미터를 선택하여 칼만 필터의 파라미터를 선정할 수 있다.
그러면 도 5 내지 도 7을 통해 S410 단계에 대하여 구체적으로 살펴본다. 도 5은 본 발명의 실시예에 따른 S410단계의 순서도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패시브 마커 후보 영역 검출 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플레이트 후보 영역 및 마커 탐지 과정을 설명하기 위한 도면이다.
호흡 모니터링 장치(100)는 센싱 정보 및 기 저장된 마커(50)의 형상 정보를 이용하여 패시브 마커(51)의 후보 영역 및 플레이트(52)의 후보 영역을 검출한다(S412). 이때, 마커(50)의 형상 정보는 패시브 마커(51) 및 플레이트(52)의 형태, 크기, 색상 정보 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
우선, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치(200)로부터 입력받은 센싱 정보 중 적외선 이미지 정보를 이용하여 패시브 마커(51)의 후보 영역을 검출한다. 구체적으로 호흡 모니터링 장치(100)는 도 6의 (A)와 같이 적외선 이미지를 임계값을 이용하여 필터링한다. 즉, 적외선 이미지 내에서 임계값보다 밝게 측정되는 부분을 필터링하여 표시한다.
그리고, 호흡 모니터링 장치(100)는 도 6의 (B)와 같이 필터링된 영역으로부터 기 저장된 패시브 마커(51)의 형상 정보에 대응하는 영역을 선택하여 패시브 마커(51)의 후보 영역을 검출한다. 이때 패시브 마커(51)의 후보 영역은 복수일 수 있다.
그러면, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치로부터 입력받은 센싱 정보 중 컬러 이미지 정보를 이용하여 플레이트(52)의 후보 영역을 검출한다. 구체적으로 호흡 모니터링 장치(100)는 도 7의 (A)와 같이 컬러 이미지로부터 기 저장된 플레이트(52)의 색상 정보에 대응하는 영역을 검출할 수 있다. 또한, 깊이 정보를 이용하여 이미지에 나타난 객체의 크기 및 형태를 획득한 후, 이로부터 기 저장된 플레이트(52)의 크기 및 형태 정보에 대응하는 영역을 검출할 수 있다. 그리고 호흡 모니터링 장치(100)는 검출된 플레이트(52)의 색상 정보에 대응하는 영역 및 검출된 플레이트(52)의 크기 및 형태 정보에 대응하는 영역을 매칭하여 플레이트(52)의 후보 영역을 검출한다. 이때 플레이트(52)의 후보 영역은 복수일 수 있다.
그러면, 호흡 모니터링 장치(100)는 패시브 마커(51) 후보 영역과 플레이트(52) 후보 영역을 매칭하여 마커(50)를 탐지한다(S414).
구체적으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 패시브 마커(51) 후보 영역과 플레이트(52) 후보 영역을 매칭하여 도 6의 (B)와 같이 패시브 마커(52) 후보 영역과 플레이트(52) 후보 영역이 겹치는 영역을 마커(50)로 탐지한다.
마커를 탐지한 후, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 위치를 실시간으로 획득한다. 이때 호흡 모니터링 장치(100)는 탐지된 마커(50)의 중심점을 마커(50)의 위치로 판단하여 마커(50)의 실시간 위치를 획득할 수 있다.
S410 단계에서 마커(50)의 실시간 위치를 획득한 다음, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산한다(S420). 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모션 방향 축 연산 과정을 설명하기 위한 도면으로, 이하에서는 도 8을 통해 호흡 모션 방향 축 연산 과정을 살펴본다.
먼저, 호흡 모니터링 장치(100)는 도 8의 (A)와 같이 획득된 마커(50)의 실시간 위치를 분석하여 도 8의 (B)와 같이 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산한다.
이때, 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산하기 위해, 호흡 모니터링 장치(100)는 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA)을 이용하여 마커(50)의 실시간 위치로부터 호흡 모션 방향 축을 연산한다. 또한, 호흡 모니터링 장치(100)는 기 설정된 시간동안 획득한 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산할 수 있으며, 이때, 호흡 모션 방향 축과 기 설정된 시간동안 획득된 마커(50)의 실시간 위치들의 거리의 평균이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 기 설정된 시간동안 마커(50)의 실시간 위치를 재수집하고 호흡 모션 방향축을 재연산할 수 있다.
그러면, 호흡모니터링 장치(100)는 호흡 모션 방향 축에 마커(50)의 실시간 위치를 투영하여 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출한다(S430). 도 9은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 포인트 연산 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 이하에서는 도 9를 통해 프로젝션 포인트 연산 과정을 살펴본다. 도 9에서는 설명의 편의상 5개의 실시간 마커(50) 위치를 이용하여 5개의 프로젝션 포인트를 추출하는 것으로 가정한다.
도 9에 나타난 바와 같이, 중간의 세로 직선은 호흡 모션 방향 축을 의미하고, 호흡 모션 방향 축 외곽의 점은 마커(50)의 실시간 위치를 의미하며, 축 위에 있는 점은 마커(50)의 실시간 3차원 위치가 투영된 프로젝션 포인트를 의미한다. 즉 호흡 모니터링 장치(100)는 도 9와 같이 호흡 모션 방향 축에 실시간 마커(50) 위치를 수직으로 투영하여 복수의 프로젝션 포인트를 추출한다.
그리고, 호흡 모니터링 장치(100)는 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점 및 양측 종단점의 중간지점을 추출한다(S440). 도 8에 나타난 바와 같이, 양측 종단점(MAX, MIN)은 지면으로부터 가장 가까운 거리에 위치한 최소점(MIN)과 지면으로부터 가장 먼 거리에 위치한 최대점(MAX)을 포함한다. 즉, 호흡 모니터링 장치(100)는 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점에 해당하는 프로젝션 포인트(MAX, MIN)와 양측 종단점의 가운데 지점인 중간지점(MID)을 추출한다.
본 발명의 실시예에 따르면 호흡 모니터링 장치(100)는 기 설정된 시간 동안 획득한 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 양측 종단점(MAX, MIN) 및 양측 종단점의 중간지점(MID)을 추출할 수 있으며, 이때 호흡 모션 방향 축을 연산하는데 이용된 마커의 실시간 위치가 이용될 수 있다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 프로젝션 포인트, 양측 종단점 및 중간지점을 이용하여 측정 대상자의 호흡깊이를 연산한다(S450).
호흡깊이를 연산하는 과정을 구체적으로 살펴보면, 호흡 모니터링 장치(100)는 중간지점(MID)으로부터 현재 시점에서의 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡깊이로 판단하여 연산할 수 있으며, 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최대점(MAX) 사이에 있는 경우와 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최소점(MIN) 사이에 있는 경우의 부호를 달리하여 호흡깊이를 연산할 수 있다.
예를 들어, 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최대점(MAX) 사이에 있는 경우, 프로젝션 포인트와 중간지점(MID) 사이의 거리를 4라고 한다면, 호흡깊이는 4가 된다. 하지만 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최소지점(MIN) 사이에 있는 경우, 프로젝션 포인트와 중간지점(MID) 사이의 거리를 3이라 한다면, 호흡깊이는 -3이 된다.
그리고, 호흡 모니터링 장치(100)는 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단할 수 있다(S460). 구체적으로, 호흡 모니터링 장치는 마커(50)의 탐지 여부, 호흡깊이, 마커(50)의 실시간 위치 및 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 호흡 모니터링 상황을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 호흡 모니터링 상황은 준비 단계(Initialization), 정상 모션(Normal), 호흡중지(Breath-Hold), 일시적 가림(Hiding), 측정불가(Undetected) 및 갑작스런 움직임(Moving)을 포함할 수 있다.
각 호흡 모니터링 상황의 판단 방법에 대하여 구체적으로 살펴보면, 우선, 준비단계는 호흡 모니터링 장치(100)가 S410 내지 S440단계를 수행하고 있는 경우로서, 호흡 모니터링 장치(100)는 S410 내지 S440 단계를 수행 중으로 판단되면 호흡 모니터링 상황을 준비단계로 판단할 수 있다.
다음으로, 정상 모션은 측정 대상자의 마커 탐지, 트래킹 및 호흡 깊이 연산 등이 진행되어 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과가 출력되고 있는 경우로서, 예를 들어 호흡 모니터링 장치(100)가 마커(50)를 탐지하고 최대 호흡 깊이와 최소 호흡 깊이의 차이가 기 설정된 값보다 높은 상황에서 호흡 깊이를 연산하여 호흡 모니터링 결과를 출력하고 있다면 호흡 모니터링 상황을 정상 모션으로 판단할 수 있다.
그리고, 호흡중지는 측정 대상자가 호흡을 멈추고 있는 경우로서, 예를 들어 실시간 호흡깊이가 싸인파형으로 나타나는 경우, 한 주기의 호흡깊이 중 최대 호흡 깊이와 최소 호흡 깊이의 차이가 기 설정된 값보다 작거나 같은 경우 호흡 모니터링 장치는 호흡 모니터링 상황을 호흡중지로 판단할 수 있다.
다음으로, 일시적 가림은 측정 대상자와 측정 장치 사이에 제 3의 물체가 일시적으로 존재하는 경우로서, 마커(50)가 탐지되는 않는 상황에서 센싱 정보를 통해 제3의 물체가 감지된다면 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 일시적 가림으로 판단할 수 있다.
그리고, 측정불가는 마커(50)가 탐지되지 않아 호흡 모니터링이 진행될 수 없는 경우로서, 마커(50)가 탐지되지 않으면서 센싱 정보를 통해 제3의 물체가 감지되지 않는다면 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 측정불가로 판단할 수 있다.
다음으로, 갑작스런 움직임은 마커(50)를 부착한 환자가 급작스럽게 움직이는 경우를 의미하며, 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리 및 마커의 단위 벡터와 호흡 모션 방향 축 사이의 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 갑작스런 움직임으로 판단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 상황 판단 과정의 순서도이며, 이하에서는 도 10을 통해 호흡 모니터링 상황을 갑작스런 움직임으로 판단하는 과정에 대하여 구체적으로 살펴본다.
먼저, 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리를 측정한다(S462). 여기서, 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리는 마커(50)의 실시간 위치로부터 호흡 모션 방향 축을 향한 수선의 길이가 된다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 플레이트(52)에 수직하고 마커(50)의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 단위 벡터와 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정한다(S464).
그러면, 호흡 모니터링 장치(100)는 S462에서 측정된 거리와 S464에서 측정된 각도를 각각의 임계값과 비교하여 호흡 모니터링 상황을 판단한다(S466). 구체적으로 S462에서 측정된 거리와 S464에서 측정된 각도 중 적어도 어느 하나가 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 갑작스런 움직임으로 판단한다. 그리고 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링을 정지하거나 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 한다. 즉 호흡 모니터링 장치(100)는 S420단계부터 다시 호흡 모니터링을 진행하게 된다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡깊이를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력한다(S470). 여기서 호흡 모니터링 결과는 X축을 시간축으로 하고 Y축을 호흡깊이로 하는 호흡 모션 그래프를 포함하며, 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 결과 출력을 나타낸 도면이다. 도 11의 (A) 및 (B)에서 보는 바와 같이 3개의 원도우를 포함할 수 있으며, (1)번 윈도우는 센싱정보를 이용하여 촬영 영상을 출력한 것이고, (2)번 윈도우는 마커(50), 호흡 모션 방향축 및 단위 벡터를 출력한 것이고, (3)번 윈도우는 호흡 모니터링 결과를 출력한 것으로, (3)번 윈도우의 상단은 호흡 모션 그래프를 의미하고 하단은 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 의미한다.
먼저, 도 11의 (A)의 하단을 살펴보면, 좌측, 중간, 우측은 각각 호흡중지, 정상모션, 준비단계의 호흡 모션 그래프 및 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 나타낸다.
그리고 도 11의 (B)의 하단을 살펴보면, 좌측, 중간, 우측은 각각 일시적 가림, 정상 모션, 준비단계의 호흡 모션 그래프 및 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저가의 멀티 센서를 이용할 수 있어 비용이 저렴하고, 비침습적(non-invasive)이며 휴대성이 높다. 또한 패시브 마커와 색상이 있는 플레이트를 포함하는 마커를 이용하여 호흡 모션의 트래킹이 정확히 이루어지며, 다양한 호흡 모션 측정 상황의 분류가 가능하고, 환자의 갑작스런 움직임이 있더라도 이후 호흡 모션을 자동으로 재측정이 가능하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
50 : 마커 51 : 패시브 마커
52 : 플레이트 100 : 호흡 모니터링 장치
110 : 입력부 120 : 트래킹부
130 : 연산부 140 : 출력부
150 : 판단부 200 : 센서 장치

Claims (14)

  1. 호흡 모니터링 장치를 이용하는 호흡 모니터링 방법에 있어서,
    센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받아, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 단계,
    상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하는 단계,
    상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계, 그리고
    상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 마커는,
    패시브 마커(Passive Marker)와 플레이트(Plate)를 포함하고,
    상기 마커의 실시간 위치를 수집하는 단계는,
    상기 센싱 정보 및 기 저장된 상기 마커의 형상 정보를 이용하여 상기 패시브 마커의 후보 영역 및 상기 플레이트의 후보 영역을 검출하는 단계, 그리고
    상기 패시브 마커의 후보 영역과 상기 플레이트의 후보 영역을 매칭하여 상기 마커를 탐지하는 단계를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 정보는,
    컬러 이미지 정보, 적외선(IR) 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계는,
    상기 중간지점으로부터 상기 복수의 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡 깊이로 판단하여 연산하는 호흡 모니터링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마커의 탐지 여부, 상기 호흡깊이, 상기 마커의 실시간 위치 및 상기 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계를 더 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계는,
    상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하는 단계,
    상기 플레이트에 수직하고 상기 마커의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 상기 단위 벡터와 상기 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정하는 단계, 그리고
    상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 위치들 사이의 거리 또는 상기 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링을 정지하거나 상기 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단하는 단계를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  8. 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받는 입력부,
    측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 트래킹부,
    상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 연산부, 그리고
    상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 출력부를 포함하며,
    상기 마커는,
    패시브 마커(Passive Marker)와 플레이트(Plate)를 포함하고,
    상기 트래킹부는,
    상기 센싱 정보 및 기 저장된 상기 마커의 형상 정보를 이용하여 상기 패시브 마커의 후보 영역 및 상기 플레이트의 후보 영역을 검출하고, 상기 패시브 마커의 후보 영역과 상기 플레이트의 후보 영역을 매칭하여 상기 마커를 탐지하는 호흡 모니터링 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 센싱 정보는,
    컬러 이미지 정보, 적외선(IR) 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함하는 호흡 모니터링 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 중간지점으로부터 상기 복수의 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡 깊이로 판단하여 연산하는 호흡 모니터링 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 마커의 탐지 여부, 상기 호흡깊이, 상기 마커의 실시간 위치 및 상기 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단하는 판단부를 더 포함하는 호흡 모니터링 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하고, 상기 플레이트에 수직하고 상기 마커의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 상기 단위 벡터와 상기 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정하며, 상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 위치들 사이의 거리 또는 상기 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링을 정지하거나 상기 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단하는 호흡 모니터링 장치.
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