KR101863648B1 - 척추 측만 정도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 장치에 있어서, 대상체의 등을 촬영하는 적외선 카메라, 적외선 카메라로부터 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 깊이 데이터 획득부, 깊이 데이터를 이용하여 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 깊이 영상 생성부, 깊이 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 척추 측만 정도 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치를 제공할 수 있다.

Description

척추 측만 정도 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSTICATING SCOLIOSIS}
본원은 척추 측만 정도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는 척추 측만증의 예후를 주기적으로 관찰할 수 있는 척추 측만증의 프리스크리닝 장치 및 방법에 관한 것이다.
신체활동의 감소와 좌업시간의 증가로 인하여 근골격계 및 척추 관련 질환이 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 척추 측만증은 주로 10대 청소년에게 많이 나타나는 경향을 보이고 있으며, 청소년에게서 나타나는 척추 측만증의 경우, 형태학적 이상으로 나타나는 척추 측만증으로 대부분 정확한 원인을 알 수 없는 특발성 척추 측만증이다. 성장기에 발생하는 척추 측만증은 치명적인 장애를 초래할 수 있고, 신체 기능뿐만 아니라 경제적 심리적 사회적인 면까지 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 측만 정도가 심하지 않고 조기에 발견될 경우 보조기 교정 등을 이용하여 효과적으로 치료할 수 있도록 조기에 발견하여 척추 측만증이 급속히 진행되는 것을 방지하는 것이 매우 중요하며, 조기에 발견하기 위해 주기적으로 척추 상태를 검사하는 것 또한 중요하다.
척추의 전체적인 상태를 검사하기 위해 일반적으로 X-ray 를 이용하고 있으나, X-ray의 경우 검사비용이 비싸며, 방사선 피폭으로 인한 문제점이 많아 청소년 및 소아에게는 치명적일 수 있다. 따라서, X-ray를 이용한 척추 상태의 검사는 주기적인 검사가 필요한 척추 측만의 조기 진단에는 적합하지 않으며, X-ray를 이용한 정밀 검사의 필요 유무를 판단하기 위한 프리스크리닝 방법이 요구된다. 이 때, 프리스크리닝은 X-ray와 같은 방사선 촬영 장치로 측정하기 이전에 척추 측만증의 예후를 보다 정확하게 파악이 가능한 경우, X-ray를 이용하지 않고 그 정도를 파악할 수 있는 기술을 의미할 수 있으며, X-ray를 이용한 정밀검사의 필요 유무를 판단하기 위한 수단을 의미할 수 있다.
척추 측만증을 확인하기 위해 전방굴곡검사(Adams Forward bending test) 및 모아레법 등을 이용하고 있다. 모아레법은 빛의 간섭현상으로 생기는 모아레 무늬를 등에 조사하여 등의 좌우 밸런스를 파악하는 방법이다. 모아레법은 경험과 관찰로 결과를 분석하기 때문에 정확도와 객관성이 부족하다는 단점이 있다. 한편, 전방 굴곡 검사는 허리를 앞으로 구부림으로써, 척추 측만 정도를 측정하는 방법이나, 이 또한 정확도와 객관성이 부족하다는 단점이 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국특허등록공보 제10-1464862호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 높은 정확성과 객관성을 가지는 피험자의 척추 측만 정도를 측정하거나 또는 추정할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 척추 측만증의 예후를 판단하기 위해 주기적으로 피험자의 척추 측만 정도를 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 장치는 대상체의 등을 촬영하는 적외선 카메라, 적외선 카메라로부터 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 깊이 데이터 획득부, 깊이 데이터를 이용하여 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 깊이 영상 생성부, 깊이 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 척추 측만 정도 측정부를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 깊이 영상 생성부는, 필터를 통해 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하는 필터부, 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터에서 픽셀의 법선 벡터를 획득하고, 획득된 법선 벡터를 이용하여 깊이 데이터의 노멀 맵(Normal Map)을 생성하는 노멀 맵 생성부 및 노멀 맵과 가상의 광원을 이용하여 등 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 필터부는, 바이레터럴(Bilateral) 필터를 통해 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하되, 깊이 데이터의 잡음 성분을 감소시킬 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 영상 생성부는 노멀 맵에 가상의 광원을 적용한 후 가상의 광원의 위치를 변경시킴으로써 깊이 데이터로부터 시각적으로 인지되는 깊이 영상을 생성할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 깊이 영상 및 척추 측만 정도 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 적외선 카메라를 피험자의 신체적 특징에 따라 위치가 이동되도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 피험자의 신체적 특징을 감지하는 감지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 대상체의 등을 촬영하는 카메라를 더 포함하되, 깊이 영상 생성부는 카메라로부터 피험자의 등 표면에 대한 컬러 영상을 수신할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 표시부는 깊이 영상 및 척추 측만 정도 중 적어도 하나를 컬러 영상에 표시할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정부는 깊이 영상 및 컬러 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정부는 등골의 깊이 및 좌측 또는 우측의 높이를 측정하고, 측정된 등골의 깊이 및 좌측 또는 우측의 높이에 기초하여 척추 측만 정도를 측정할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 제어부는 깊이 영상에 기초하여 조명의 위치를 변화시킬 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 제어부는 가상의 광원의 위치 정보에 기초하여 조명의 위치를 변화시키고, 깊이 영상 생성부는 조명의 위치의 변화에 기초하여 카메라로부터 피험자의 등 표면에 대한 컬러 영상을 수신할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 방법에 있어서, 대상체의 등을 촬영하는 단계, 촬영된 대상체의 등의 데이터에 기초하여 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 단계, 깊이 데이터를 이용하여 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 단계, 깊이 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 단계는 필터를 통해 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하는 단계, 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터에서 픽셀의 법선 벡터를 획득하고, 획득된 법선 벡터를 이용하여 깊이 데이터의 노멀 맵(Normal Map)을 생성하는 단계 및 노멀 맵과 가상의 광원을 이용하여 등 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 장치에 있어서, 적외선 카메라로부터 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 깊이 데이터 획득부, 깊이 데이터를 이용하여 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 깊이 영상 생성부, 깊이 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 척추 측만 정도 측정부를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는데 있어서 높은 객관성과 정확성을 가질 수 있으며, 방사선과 무관하기 때문에 주기적으로 척추 측만증의 예후를 판단할 수 있으며 저비용으로 피험자의 척추 측만 정도를 판단할 수 있다.
등골의 미세한 깊이 차이로 인해 윤곽이 뚜렷하지 않아 육안으로 확인하기 어려운 부분도 입체화된 영상에서 다양한 측면에 대한 빛에 의한 음영을 확인할 수 있어 객관적인 판단을 할 수 있도록 보조할 수 있으며, 등골 추정 및 신체 정보를 수집하는 경우, 척추 측만증의 예후 판단과 올바른 성장을 유도할 수 있다. 또한, 성장기 청소년의 급격한 성장에 따른 척추 변형에 대응하여 주기적으로 검사를 수행할 수 있으며, X-ray 촬영시 발생하는 방사능의 피폭 역시 예방할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 깊이 영상 생성부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 깊이 영상 생성부에서 깊이 영상을 생성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 영상 생성부에서 가상의 광원의 위치가 변경됨에 따라 생성되는 깊이 영상을 나타내는 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정부에서 척추 측만 정도를 측정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 표시부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도를 측정하는 측정 장치(80)를 나타내는 도면이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정 방법을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 성장기 청소년의 특발성 척추 측만증의 예후를 판단하기 위해 주기적으로 관찰할 수 있는 척추 측만증 프리스크리닝 장비에 관한 것으로, 기존의 척추 측만증 프리스크리닝의 낮은 정확성과 객관성을 해결하기 위해 등 표면 정보를 통해 척추 측만증의 예후를 추정할 수 있고, 그 정확도가 충분하며, X-ray와 같은 방사선 촬영 장치를 필요로 하지 않는 척추 측만증을 측정하는 기술에 관한 것이다.
또한, 본원은 급격한 성장기에 많이 발생하는 척추 측만증의 예후를 주기적으로 측정하고 판단하기 위해, 학교 보건실, 보건소 등에서 이용하여 학생들의 척추 측만증을 관찰할 수 있도록 하고, 이를 개인별로 데이터베이스화 하며, 키, 몸무게 등 신체적 특징을 함께 분석하여 성장 및 건강과 관련된 정보를 수집함으로써, 성장에 따른 척추 측만증의 예후를 추정하기 위한 기술에 관한 것이다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 척추 측만 정도 측정 시스템은 척추 측만 정도를 측정하기 위한 장치(10)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1의 구성이 앞서 설명된 것들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 피험자의 등 표면 영상을 획득할 때, 외부 광원에 의한 노이즈를 차단하기 위한 암실을 더 포함할 수 있다.
척추 측만 정도를 측정하기 위한 장치(10)는 카메라 장치를 통해 획득한 피험자의 등 표면에 대한 깊이 데이터에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정할 수 있다. 또한, 척추 측만 정도를 측정하기 위한 장치는 암실 내부의 카메라 장치 또는 조명의 이동과 동작을 제어할 수 있다. 척추 측만 정도를 측정하기 위한 장치에 대한 자세한 설명은 후술되는 도 2를 통해 자세히 설명된다.
또한, 본원의 다양한 실시예들에 따르면 척추 측만 정도를 측정하기 위한 장치는 다양한 형태의 단말로서, 예를 들어, 단말은 네트워크를 통해 원격지의 서버에 접속할 수 있는 TV 장치, 컴퓨터 또는 휴대용 단말일 수 있다. 여기서, TV 장치의 일 예에는 스마트 TV, IPTV 셋톱박스 등이 포함되고, 컴퓨터의 일 예에는 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등이 포함되고, 휴대용 단말의 일 예에는 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치가 포함될 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.
도 2는 본원의 일 실시예에 다른 척추 측만 정도 측정 장치(10)를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 척추 측만 정도 측정 장치(10)는 적외선 카메라(110), 깊이 데이터 획득부(120), 깊이 영상 생성부(130), 측정부(140), 표시부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 척추 측만 정도 측정 장치(10)의 구성이 앞서 설명된 구성들로 한정되는 것은 아니다.
적외선 카메라(110)는 대상체의 등을 촬영할 수 있다. 이 때, 적외선 카메라(110)는 촬영되는 대상체에 대한 깊이 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어 적외선 카메라(110)는 피험자의 등을 촬영하는 경우, 피험자의 등 표면에 대한 깊이 영상을 촬영할 수 있다.
적외선 카메라(110)를 통해 깊이 영상을 촬영하는 것과 관련하여 ToF(Time of Flight)방식이 이용될 수 있다. ToF방식은 적외선 조사하고, 반사되는 시간에 기초하여 깊이를 인지하는 방식으로, 좀 더 상세하게는 적외선을 조사하고 조사되는 적외선이 반사되어 돌아오는 시간을 비교해 그 값을 통해 깊이를 인지하는 방식일 수 있다. ToF 방식은 거리만을 이용하여 깊이를 측정할 수 있어 빠르게 깊이 영상을 촬영할 수 있다.
한편, 적외선 카메라(110)를 통해 깊이 영상을 촬영하는 것과 관련하여 패턴(Structure Light)를 대상물에 투영하고, 스테레오 매칭을 통해 깊이 값을 계산하여 깊이 영상을 획득하는 방식이 이용될 수도 있다. 다만, 적외선 카메라(110)를 통해 깊이 영상을 촬영하는 방법이 앞서 설명된 방식으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 적외선 카메라(110)는 등 표면 영상을 촬영하는데 있어, 외부 광원에 의한 노이즈를 차단하기 위해 외부의 빛이 차단되는 암실에 위치할 수 있다.
깊이 데이터 획득부(120)는 적외선 카메라로부터 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득할 수 있다. 깊이 데이터 획득부(120)는 적외선 카메라(110)을 통해 촬영된 깊이 영상을 수신하고, 수신된 깊이 영상에 기초하여 대상체의 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득할 수 있다.
깊이 영상 생성부(130)는 깊이 데이터를 이용하여 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 깊이 영상 생성부(130)는 적외선 카메라(110)를 통해 촬영된 영상에 기초하여 획득한 등 표면에 대한 깊이 데이터에 기초하여 등골의 위치를 주정할 수 있도록 깊이 영상을 생성할 수 있다. 깊이 영상 생성부(130)의 동작과 관련하여 후술되는 도 3을 통해 자세히 설명하고자 한다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 깊이 영상 생성부(130)를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 깊이 영상 생성부(130)는 필터부(131), 노멀 맵 생성부(132) 및 영상 생성부(133)를 포함한다. 다만, 깊이 영상 생성부(130)의 구성이 도 3에 도시된 것들로 한정되는 것은 아니다.
필터부(131)는 필터를 통해 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조할 수 있다. 이 때, 필터부는 바이레터럴(Bilateral) 필터를 통해 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하되, 깊이 데이터의 잡음 성분을 감소시킬 수 있다. 바이레터럴 필터는 이미지를 위한 비선형으로 엣지를 보존하고, 노이즈를 감소시키기 위한 필터로, 이미지의 각 픽셀의 강도 값은 근처 픽셀의 강도 값의 가중치 평균으로 대체하는 방식을 이용하는 필터일 수 있다. 이 때, 가중치는 가우스 분포에 기초할 수 있다. 가중치는 픽셀 간의 거리 뿐 아니라, 색 농도, 깊이 거리 등의 범위 차이에 따라 달라질 수 있다. 바이레터럴 필터는 인접한 픽셀의 가중치를 조정하여 노이즈를 감소시키고, 엣지를 보존할 수 있다. 필터부(131)에서 사용되는 필터의 종류가 바이레터럴 필터로 한정되는 것은 아니다.
노멀 맵 생성부(132)는 엣지(edge) 성분이 강조된 깊이 데이터에서 픽셀의 법선 벡터를 획득하고, 획득된 법선 벡터를 이용하여 깊이 데이터의 노멀 맵(normal map)을 생성할 수 있다. 이 때, 법선 벡터는 영상 또는 데이터 내의 픽셀들이 이루는 평면에 수직인 벡터일 수 있다. 노멀 맵 생성부는 깊이 데이터에 포함된 모든 픽셀에 대한 법선 벡터를 획득하여, 정규화(normalization)함으로써, 깊이 데이터에 대한 노멀 맵을 생성할 수 있다.
영상 생성부(133)는 노멀 맵과 가상의 광원을 이용하여 등 표면에 대한 깊이 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성부(132)는 노멀 맵에 가상의 광원을 적용한 후, 가상의 광원의 위치를 변경시킴으로써, 깊이 데이터로부터 시각적으로 인지되는 깊이 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성부(133)는 가상의 광원의 위치를 이동시킴으로써, 등 표면의 깊이를 시각적으로 인지하기 용이하게 되도록 깊이 영상을 생성할 수 있다.
이와 같은 깊이 영상 생성부(130)의 동작에 대해서 도 4 및 도 5를 통해 다시 한번 설명하고자 한다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 깊이 영상 생성부(130)에서 깊이 영상을 생성하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 5는 본원의 일 실시예에 따른 영상 생성부(133)에서 가상의 광원의 위치가 변경됨에 따라 생성되는 깊이 영상을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 좌상단 도면은 깊이 데이터 획득부(120)는 적외선 카메라(110)를 통해 촬영된 영상에 기초하여 등 표면에 대한 깊이 데이터의 일 예를 나타낸다. 좌상단 도면을 참조하면, 적외선 카메라(110)와 거리가 가까울수록 더 검게 나타날 수 있다. 우상단 도면은 필터부(131)를 통해 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터의 일 예를 나타낸다. 필터부(131)는 바이레터럴 필터를 통해 등 표면의 윤곽을 더욱 강조할 수 있다
좌하단 도면은 노멀 맵 생성부(132)를 통해 생성된 노멀 맵의 일 예를 나타낸다. 노멀 맵 생성부(132)는 깊이 데이터에 기초하여 피험자 또는 대상체의 등 표면의 깊이 데이터를 강조하여 3D 형태로 재구성할 수 있다. 우하단 도면은 영상 생성부(133)를 가상의 광원을 이용하여 등 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 일 예를 나타낸다. 영상 생성부(133)를 통해 생성된 깊이 영상은 가상의 광원의 위치에 따라 서로 다른 음영을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 가상의 광원의 임의의 위치에 따른 등 표면 영상을 나타낸다. 임의의 광원의 위치에 따라 광원과 가까운 곳은 상대적으로 밝게 표시될 수 있으며, 그림자가 지는 방향도 또한 변할 수 있다. 가상의 광원의 위치를 이동시킴으로써, 척추의 측만 정도를 시각적으로 인지하기 용이하게 재구성할 수 있다.
척추 측만 정도 측정부(140)는 깊이 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정할 수 있다. 측만 정도는 등골의 깊이 및 좌측 또는 우측의 높이를 측정하고, 측정된 등골의 깊이 및 좌측 또는 우측의 높이에 기초하여 척추 측만 정도를 측정할 수 있다. 도 6을 통해 예를 들면, 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정부(140)에서 척추 측만 정도를 측정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 등 표면의 높이를 Y축, 등 표면의 폭을 X축, 등골의 깊이를 Z축이라고 가정하면, 척추 측만 정도 측정부(140)는 Y축의 임의의 지점에 대한 X축과 Z축의 그래프를 통해, 등골의 깊이(Point of the minimum value) 및 등 표면의 좌측 높이(Point of the left maximum value) 및 등 표면의 우측 높이(Point of the right maximum value)를 측정할 수 있다. 또한, 척추 측만 정도 측정부(140)는 Y축에 대한 복수의 지점에서 X축과 Z축의 그래프를 통해 척추 측만 정도를 측정할 수 있다.
도 6의 (a)를 참조하면, 척추 측만 정도 측정부(140)는 곡률 반경을 이용하여 등골을 추정하는 알고리즘을 나타낸다. (b)를 참조하면 등 표면의 횡단면에서 관측하였을 때 등골의 위치는 등 표면의 양 측 최고점을 기준으로 가장 곡률이 큰 원과 접하는 점임을 알 수 있다. 등의 굴곡을 등 표면의 횡단면으로 보았을 때, 데이터의 중점을 기준으로 양측의 최고점인(
Figure 112017003550881-pat00001
)를 찾고, 좌측의 최고점 (
Figure 112017003550881-pat00002
)과 우측의 최고점 (
Figure 112017003550881-pat00003
) 그리고 좌측 최고점에서부터 우측 최고점 사이의 한 점 (
Figure 112017003550881-pat00004
)을 이용하여 세 점으로 구성된 삼각형의 각 변의 길이를 구할 수 있다. 각 변의 길이에 코사인 제 2 법칙을 적용하여
Figure 112017003550881-pat00005
과
Figure 112017003550881-pat00006
사이의 각(
Figure 112017003550881-pat00007
)을 구한다. 이후
Figure 112017003550881-pat00008
에서
Figure 112017003550881-pat00009
에 내린 수선의 길이(
Figure 112017003550881-pat00010
)를 구한 후
Figure 112017003550881-pat00011
가 가장 큰 값(
Figure 112017003550881-pat00012
)을 가질 때의
Figure 112017003550881-pat00013
을 이 위치에서의 등골이라고 추정할 수있다.
하지만
Figure 112017003550881-pat00014
만을 이용하여 등골을 추정할 경우 노이즈에 의한 왜곡된 값을 등골로 오판할 수 있으며, 실제 등골은 하나의 점이 아닌 면 이므로
Figure 112017003550881-pat00015
만을 이용하여 등골을 추정할 수 없고, 또한, 곡률 반경을 통하여 얻은
Figure 112017003550881-pat00016
가 유일하지 않고 다수가 검출될 경우, 어느
Figure 112017003550881-pat00017
를 등골로 추정해야 하는지에 대한 기준이 명확하지 않을 수 있어, (c)와 같이,
Figure 112017003550881-pat00018
과
Figure 112017003550881-pat00019
사이의 거리의 10%를 등골의 너비인
Figure 112017003550881-pat00020
라고 할 때,
Figure 112017003550881-pat00021
를 기준으로 P만큼의 데이터를 내림차순으로 정리한다. 내림차순으로 정리한 배열에서, 가장 작은 값을 가지는 좌측 점의 위치(
Figure 112017003550881-pat00022
)와 가장 작은 값 우측의 점의 위치(
Figure 112017003550881-pat00023
) 차이를
Figure 112017003550881-pat00024
라고 했을 때,
Figure 112017003550881-pat00025
에서
Figure 112017003550881-pat00026
만큼 더한 위치를 등골의 중심점으로 추정할 수 있다. 이후, (d)와 같이, 등골의 중심점을 기준으로
Figure 112017003550881-pat00027
만큼 좌측 및 우측으로 등골을 추정할 수 있다.
표시부(150)는 깊이 영상 및 척추 측만 정도 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 도 7을 통해 예를 들면, 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 표시부(150)의 동작을 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 표시부(150)는 등 표면을 촬영한 이미지, 적외선 카메라로부터 획득한 등 표면에 대한 깊이 데이터 척추 측만 정도 측정부(140)에서 Y축의 임의의 지점에 대한 X축과 Z축의 그래프 중 적어도 하나를 척추 측만 정도 측정 장치(10)의 디스플레이에 표시할 수 있다.
표시부(150)는 깊이 데이터 또는 깊이 영상에 척추 측만 정도를 오버레이하여 표시할 수도 있다. 도 7을 통해 예를 들면, 표시부(150)는 필터부(131)를 통해 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터에 척추 측만 정도 측정부(140)를 통해 측정된 등골의 깊이 또는 좌측 및 우측의 높이를 오버레이하여 표시할 수 있으며. 사용자는 이를 통해 척추의 측만 정도를 직관적으로 볼 수 있어, 척추 측만증을 측정하는데 있어, 객관성과 정확도를 증가시킬 수 있다.
척추 측만 정도 측정부(140)는 척추 측만 정도 외에도, 피험자의 신체적 특징을 수집할 수 있다. 이때, 신체적 특징은 체성분, 몸무게, 키 등 피험자의 척추 측만에 영향을 줄 수 있는 다양한 신체적 특징을 더 포함할 수 있다. 표시부(150)는 척추 측만 정도 외에도, 수집된 신체적 특징을 표시할 수 있다.
제어부(160)는 적외선 카메라(110)를 피험자의 신체적 특징에 따라 위치가 이동되도록 제어할 수 있다. 제어부(160)는 피험자의 등의 위치에 따라 등의 표면을 원활히 촬영할 수 있도록 높이를 조절할 수 있으며, 적외선 카메라(110)를 좌우로 이동시킬 수 있다. 또한, 카메라의 기울기를 조절할 수도 있다. 다시 말해, 어부(160)는 적외선 카메라(110)가 피험자의 등을 촬영할 수 있도록, 높이를 조절할 수 있고, 좌우로 이동시키거나, 적외선 카메라(110)의 기울기를 조절할 수 있다. 제어부(160)는 사용자의 직접 제어에 따라 적외선 카메라(110)를 제어할 수 있으나, 피험자의 신체적 특징을 감지하는 감지부(미도시)의 감지 정도에 따라 적외선 카메라(110)이 이동되도록 제어할 수도 있다. 이 때, 신체적 특징은 키, 몸무게 등 사용자의 신체와 관련된 다양한 특징을 의미할 수 있다.
척추 측만 정도 측정 장치(10)는 대상체의 등을 촬영하는 카메라(미도시)를 더 포함할 수 있고, 깊이 영상 생성부(120)는 카메라로부터 피험자의 등 표면에 대한 컬러 영상을 수신할 수 있다. 표시부(150)는 깊이 영상 및 척추 측만 정도 중 적어도 하나를 수신된 컬러 영상에 표시할 수 있으며, 척추 측만 정도 측정부(140)는 깊이 영상 및 컬러 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정할 수도 있다.
예를 들어, 깊이 영상 생성부(120)는 컬러 영상 및 깊이 데이터를 이용하여 정확도가 증가된 깊이 영상을 생성할 수 있으며, 표시부는 측정된 척추 측만 정도를 컬러 영상에 오버레이하여 측정된 척추 측만 정도를 직관적으로 표시할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 적외선 카메라(110) 및 카메라는 암실에 위치할 수 있으며, 제어부(160)는 깊이 영상 생성부(130)의 가상의 광원의 위치 정보에 기초하여 조명의 위치 또는 점등 여부를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 깊이 영상 생성부(130)의 영상 생성부(133)에서의 가상의 광원의 위치에 따른 깊이 영상에 칼라 영상이 대응되도록 조명의 위치 또는 점등 여부를 제어할 수 있다. 깊이 영상 생성부(13)는 조명의 위치의 변화에 기초하여 카메라로부터 피험자의 등 표면에 대한 컬러 영상을 수신할 수 있다. 수신되는 컬러 영상은 영상 생성부(133)를 통해 생성된 등 표면에 대한 깊이 영상에 대응될 수 있다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도를 측정하는 측정 장치(80)를 나타내는 도면이다. 도 8에 도시된 척추 측만 정도를 측정하는 측정 장치(80)는 적외선 카메라를 통해 촬영된 피험자의 등 표면 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정할 수 있다. 도 8을 참조하면, 척추 측만 정도를 측정하는 측정 장치(80)는 적외선 카메라로부터 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 깊이 데이터 획득부(810), 깊이 데이터를 이용하여 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 깊이 영상 생성부(820) 및 깊이 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 척추 측만 정도 측정부(830)를 포함할 수 있다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 척추 측만 정도 측정 방법을 나타내는 도면이다. 도 9에 도시된 척추 측만 정도 측정 방법은 도 1 내지 도 7을 통해 설명된 척추 측만 정도 측정 장치(10)의 동작을 수행한다. 따라서, 도 9에서 설명되지 않은 내용은 도 1 내지 도 7을 통해 설명된 척추 측만 정도 측정 장치(10)의 설명에도 적용되므로, 자세한 설명은 생략된다.
도 9를 참조하면, 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 방법은 단계 S901에서 대상체의 등을 촬영하고, 단계 S902에서 촬영된 대상체의 등의 데이터에 기초하여 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득할 수 있다. 단계 S903에서 깊이 데이터를 이용하여 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하고, 단계 S904에서 깊이 영상에 기초하여 피험자의 척추 측만 정도를 측정할 수 있다.
한편, 단계 S902에서 척추 측만 정도 측정 장치(10)는 필터를 통해 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하고, 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터에서 픽셀의 법선 벡터를 획득하고, 획득된 법선 벡터를 이용하여 깊이 데이터의 노멀 맵(Normal Map)을 생성하고, 이에 기초하여 노멀 맵과 가상의 광원을 이용하여 등 표면에 대한 깊이 영상을 생성할 수 있다.
이와 같은 척추 측만 정도 측정 장치(10)는 기존의 척추 측만증 프리스크리닝의 낮은 정확성과 객관성을 해결할 수 있고, 방사선의 피폭 위험성이 없어 주기적으로 관찰할 수 있는 효과가 있다. 또한, 주기적으로 척추 측만 정도를 관찰하여 저장함으로써, 피험자에 대한 척추 측만 정도를 개인별로 데이터베이스화 할 수 있고, 키, 몸무게, 체성분 등의 성장과 건강에 관련된 정보를 수집하여 개인별 서비스를 제공할 수도 있다. 다시 말해, 검사결과의 데이터베이스화를 통해 성장에 따른 척추 측만증의 예후를 추정할 수 있으며, 데이터베이스를 기반으로 데이터를 저장함으로써, 피험자가 스마트폰 등의 다양한 매체를 통해 검사 결과를 조회하고 관리할 수 있다.
또한, 등골의 미세한 깊이 차이로 인해 윤곽이 뚜렷하지 않아 육안으로 확인하기 어려운 부분도 입체화된 영상에서 다양한 측면에서 빛에 의한 음영을 이용하여 확인할 수 있어 이전보다 객관적인 판단을 할 수 있도록 보조하는 역할을 할 수 있는 효과를 가질 수 있고, 카메라와 체성분 분석 장비를 결합하여 개발한 시스템을 통해 등골 추정 및 신체정보를 수집하고 척추측만증 예후 판단과 올바른 성장을 유도할 수 있다.
성장기 청소년의 경우 급격한 성장에 따른 척추변형이 발생하므로 빈번한 검사가 요구됨에 따라 척추 측만 정도 측정 장치(10)를 통해 생성되는 깊이 영상을 이용하여 X-ray 촬영과 같은 검사로 인한 방사능 피폭 없이 정확한 척추층만증 프리스크리닝 서비스를 제공할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 장치에 있어서,
    대상체의 등을 촬영하는 적외선 카메라;
    상기 적외선 카메라로부터 상기 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 깊이 데이터 획득부;
    상기 깊이 데이터를 이용하여 상기 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 깊이 영상 생성부; 및
    상기 깊이 영상에 기초하여 상기 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 척추 측만 정도 측정부를 포함하되,
    상기 깊이 영상 생성부는,
    필터를 통해 상기 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하는 필터부;
    상기 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터에서 픽셀의 법선 벡터를 획득하고, 획득된 법선 벡터를 이용하여 상기 깊이 데이터의 노멀 맵(Normal Map)을 생성하는 노멀 맵 생성부; 및
    상기 노멀 맵과 가상의 광원을 이용하여 상기 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하여, 상기 노멀 맵에 가상의 광원을 적용한 후 상기 가상의 광원의 위치를 변경시킴으로써 상기 깊이 데이터로부터 시각적으로 인지되는 상기 깊이 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부는,
    바이레터럴(Bilateral) 필터를 통해 상기 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하되, 상기 깊이 데이터의 잡음 성분을 감소시키는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 깊이 영상 및 상기 척추 측만 정도 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선 카메라를 상기 피험자의 신체적 특징에 따라 위치가 이동되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 피험자의 신체적 특징을 감지하는 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상체의 등을 촬영하는 카메라를 더 포함하되,
    상기 깊이 영상 생성부는 상기 카메라로부터 상기 피험자의 등 표면에 대한 컬러 영상을 수신하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 깊이 영상 및 상기 척추 측만 정도 중 적어도 하나를 대상체의 등을 촬영하는 카메라로부터 수신된 컬러 영상에 표시하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 척추 측만 정도 측정부는 상기 깊이 영상 및 상기 컬러 영상에 기초하여 상기 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 척추 측만 정도 측정부는 등골의 깊이 및 좌측 또는 우측의 높이를 측정하고, 상기 측정된 등골의 깊이 및 좌측 또는 우측의 높이에 기초하여 상기 척추 측만 정도를 측정하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 깊이 영상에 기초하여 조명의 위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 가상의 광원의 위치 정보에 기초하여 조명의 위치를 변화시키고,
    상기 깊이 영상 생성부는 상기 조명의 위치의 변화에 기초하여 카메라로부터 피험자의 등 표면에 대한 컬러 영상을 수신하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
  14. 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 방법에 있어서,
    대상체의 등을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 대상체의 등의 데이터에 기초하여 상기 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 단계;
    상기 깊이 데이터를 이용하여 상기 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 깊이 영상에 기초하여 상기 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 단계를 포함하되,
    등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 단계는
    필터를 통해 상기 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하는 단계;
    상기 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터에서 픽셀의 법선 벡터를 획득하고, 획득된 법선 벡터를 이용하여 상기 깊이 데이터의 노멀 맵(Normal Map)을 생성하는 단계; 및
    상기 노멀 맵과 가상의 광원을 이용하여 상기 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 단계를 포함하여 포함하여, 가상의 광원을 적용한 후 상기 가상의 광원의 위치를 변경시킴으로써 상기 깊이 데이터로부터 시각적으로 인지되는 상기 깊이 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 방법.
  15. 삭제
  16. 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 장치에 있어서,
    적외선 카메라로부터 등의 표면에 대한 깊이 데이터를 획득하는 깊이 데이터 획득부;
    상기 깊이 데이터를 이용하여 상기 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 깊이 영상 생성부; 및
    상기 깊이 영상에 기초하여 상기 피험자의 척추 측만 정도를 측정하는 척추 측만 정도 측정부를 포함하되,
    상기 깊이 영상 생성부는,
    필터를 통해 상기 깊이 데이터의 엣지 성분을 강조하는 필터부;
    상기 엣지 성분이 강조된 깊이 데이터에서 픽셀의 법선 벡터를 획득하고, 획득된 법선 벡터를 이용하여 상기 깊이 데이터의 노멀 맵(Normal Map)을 생성하는 노멀 맵 생성부; 및
    상기 노멀 맵과 가상의 광원을 이용하여 상기 등의 표면에 대한 깊이 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하여, 상기 노멀 맵에 가상의 광원을 적용한 후 상기 가상의 광원의 위치를 변경시킴으로써 상기 깊이 데이터로부터 시각적으로 인지되는 상기 깊이 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 정도 측정 장치.
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