KR102264562B1

KR102264562B1 - 환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102264562B1
Application number: KR1020167009908A
Authority: KR
Inventors: 줄리아 핀켈
Original assignee: 칠드런스 내셔널 메디컬 센터
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2021-06-11
Also published as: CN105744881B; WO2015042413A1; JP2019130327A; US9980642B2; IL244607B; CA2924546A1; IL244607A0; EP3046460A4; JP6585058B2; JP2016537152A; CN105744881A; EP3046460B1; US20150116665A1; AU2014321322B2; EP3046460A1; MX2016003629A; JP7019621B2; CA2924546C; KR20160056932A; AU2014321322A1

Abstract

본 발명은 환자의 눈의, 복수의 비디오 프레임을 포함한, 비디오 시퀀스를 획득하는 것, 기준선 동공 크기, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화, 동공 수축의 평균 속도, 동공 수축의 최대 속도, 동공 수축의 지연 시간, 및 동공 재확장의 속도를 포함하는 복수의 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터를 선택하는 것, 처리 회로를 사용하여 그리고 복수의 비디오 프레임에 기초하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 것, 및 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 환자의 생리적 동요를 결정하는 것을 포함하며, 여기서 복수의 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터는 환자의 어떤 생리적 동요가 결정되어야 하는지에 기초하여 선택되는, 환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING PHYSIOLOGIC PERTURBATIONS OF A PATIENT}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2013년 9월 19일자로 출원된 미국 출원 제 61/879,707 호에 기초하고 이 미국 출원로부터의 35 U.S.C. § 119(e)하의 우선권의 이익을 주장하며, 이 미국 출원의 내용 전체는 본 명세서에 참고로 포함된다.

기술분야

본 발명은 (홍채 및 동공을 포함한) 눈의 비디오 이미지를 캡처하도록 구성된 이미지 캡처 디바이스, 비디오 이미지 상의 눈의 동공 및 홍채를 검출하는 방법, 동공 및 홍채의 정적 치수 및 동적 치수 둘 모두를 결정하는 방법, 및 동공 및 홍채의 정적 치수 및 동적 치수에 기초하여 환자의 약물 사용 또는 의학적 상태를 결정하는 방법에 관한 것이다.

동공의 제어는 다수의 뉴런 경로(neuronal pathway)를 포함하는 복잡한 생리 기능이며, 동공 움직임은 신경 회로의 완전성 및 기능성의 반영이다. 동공 크기 및 빛에 대한 동적 응답의 측정은 신진대사(metabolism) 또는 중추 신경계의 구조에 있어서의 변화 또는 이상(abnormality)을 반영할 수 있다. 그러한 결정은 실험 환경 및 임상 환경 둘 모두에서 중요하다.

동공 평가는 긴급 구조원(first responder)부터 집중 치료실(intensive care unit)에 이르는 다양한 환경에서 사용되는, 의료적 케어에 있어서 일상적인 실무이다. 현재, 동공 평가는 펜라이트(penlight)를 사용하여 가장 일반적으로 수행된다. 이것은 용이한 평가 방법이지만, 그 결과는 여전히 주관적이고 오퍼레이터 전문 지식에 따라 가변적이다. 펜라이트에 의해 발생되는 정보는 광 반사의 존재 또는 부존재, 및 동공 크기 및 대칭의 평가와 같은 총체적인 동공 피처(feature)로 제한된다. 미묘한 변화는 평가될 수 없고, 이러한 변화는 심장 마비 또는 폐 정지 후에 뇌 외상 및 생존 능력과 같은 임상 상태를 추적하기 위한 중요한 수단이다. 정확한 동공 측정이 또한 약물 사용 및 남용, 내성 및 오피오이드 통각과민(opioid hyperalgesia)을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.

여기에 제공되는 "배경기술" 설명은 본 발명의 맥락을 개괄적으로 제공하려는 목적을 위한 것이다. 이러한 배경기술 섹션에 설명되는 범위 내에서, 현재 명명되는 발명자의 연구물뿐만 아니라, 출원 시에 달리 종래 기술로서의 자격을 얻지 않을 수 있는 그 설명의 태양은 본 발명에 대한 종래 기술로서 명시적으로도 묵시적으로도 인정되지 않는다.

본 발명은 (홍채 및 동공을 포함한) 눈의 비디오 이미지를 캡처하도록 구성된 이미지 캡처 디바이스, 비디오 이미지 상의 눈의 동공 및 홍채를 검출하는 방법, 동공 및 홍채의 정적 치수 및 동적 치수 둘 모두를 결정하는 방법, 및 동공 및 홍채의 정적 치수 및 동적 치수에 기초하여 환자의 약물 사용 또는 의학적 상태를 결정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 예시적인 실시예는 스마트폰에의 챔버 부착부 내에 수용된 적외선 카메라(예컨대, 퓨필캠(PupilCam))를, 임상 환경에서 동공 크기 및 동적 움직임의 객관적인 측정을 가능하게 할 애플리케이션과 조합하는 장치(스마트폰 기반의 동공측정기 디바이스)를 기술한다. 적외선 카메라 부착부는 유비쿼터스 디바이스에 의한 정확한 동공 평가를 용이하게 하기 위해 환자의 안면에 맞도록 조정가능할 수 있다. 디바이스는 스크리닝 툴(screening tool)일 것이고, 특정 애플리케이션은 여러 임상 상황에 대처하도록 개발된 알고리즘/방법을 포함할 것이다.

예시적인 실시예에 따른 디바이스는 스마트폰용 애플리케이션 및 하드웨어(환자의 안면에 스마트폰을 맞추는 챔버) 둘 모두이다. 동공의 크기 및 반응도를 평가하기 위해 동공측정기가 안과학 및 많은 다른 의료 분야에서 사용되고 있다. 현재 이용가능한 디바이스는 그것이 해석 없이 미처리된 데이터를 제공하는 고가의 독립형 디바이스이기 때문에 보다 넓은 임상 사용을 얻지 못하고 있어서, 그것은 훈련된 전문가가 측정값을 평가하고, 정보를 종합하고, 적절한 개입을 안내하도록 요구한다.

예시적인 실시예에 따른 방법 및 장치는 임상의 및 의료 전문가가 상이한 임상 상황에 특이적인 상이한 알고리즘을 사용하여 일정 기간에 걸쳐 동공 동적 측정치를 정확하게 그리고 객관적으로 평가하고 이들 파라미터를 비교하는 것을 가능하게 할 것이다. 스마트폰 상의 애플리케이션 포맷이 또한 비교 정보의 객관적 생성을 가능하게 하여 생성된 데이터의 이해를 용이하게 할 것이다. 디바이스는 또한 추가의 의료적 개입에 대한 필요성을 결정하기 위해 비전문가에 의한 소정의 제한된 평가를 허용할 것이다.

예시적인 실시예에 따른 장치 및 방법은 임상 환경에서 동공 응답성의 객관적인 측정을 제공한다. 예시적인 실시예에 따른 장치 및 방법은 다음과 같은 둘 모두의 현재의 평가 툴을 대체할 것이다: 부정확하고 주관적인 펜라이트, 및 엄청나게 고가이고 그것의 객관적인 측정이 결과를 종합하고 해석하도록 훈련된 전문가를 필요로 하는 기존의 임상 동공측정기 디바이스.

예시적인 실시예에 따른 장치 및 방법은 여러 임상 상황에서 중요한 툴인 데이터에 대한 신속한 접근을 제공하여, 환자의 안면에 맞추어 조정가능한 챔버(하기에 마운트 인터페이스(mount interface)로 기술됨)를 수집된 정보의 프로세서로서의 스마트폰과 통합시키다. 특정 알고리즘이 데이터를 해석하여, 상이한 임상 상황에 맞추어 조정하고, 상이한 의료 전문가 및 비전문가에 의한 폭넓은 사용 및 평가를 허용할 것이다.

다수의 적용 중에서, 오피오이드 사용에 적용되는 동공 동역학의 평가는 동공측정법의 보다 넓은 사용을 위한 최대의 기회 중 하나를 제공한다. 오피오이드는 동공의 부교감신경 신경분포의 여기(excitation)에 의한 동공 수축을 야기한다. 따라서, 오피오이드-관련 축동(miosis)은 뮤-수용체 매개 효능(mu-receptor-mediated efficacy)의 가장 민감한 지표로 생각된다. 축동은 다양한 오피오이드와 엄격하게 투여 의존적인 것으로 밝혀졌으며, 이는 오피오이드 노출에서의 '핀포인트(pinpoint)' 동공의 일반적인 발생을 설명한다. 또한, 혈장 내의 오피오이드 농도와 동공 직경 사이의 관계가 밝혀졌다. 이들 알려진 상관관계에 의해, 예시적인 실시예에 따른 장치 및 방법은 오피오이드 치료의 개시 시에 환자를 평가하기 위한, 그리고 순응, 내성, 남용 및 통각과민 상태를 평가하는 치료의 진전을 추적하기 위한 중요한 툴일 것이다.

오피오이드 사용과 관련된 다른 중요한 적용은 전신 마취하의 수술 동안의 유해 자극 및 무통각의 동공 평가이다. 오피오이드의 만성 사용과 관련하여, 동공 평가는 또한, 다른 임상 특징 중에서도, 오피오이드를 사용하는 엄마로부터의 아기 또는 환자에서의 금단 증세를 모니터링하고 진단하는 데 사용될 수 있다.

개시된 실시예의 보다 완벽한 이해 및 개시된 실시예의 수반되는 이점 중 많은 것이 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 하기의 상세한 설명을 참조하여 보다 잘 이해되기 때문에 쉽게 얻어질 것이다.

도 1은 예시적인 실시예에 따라 눈의 홍채 및 동공을 검출하는 방법의 개관을 예시하는 도면,
도 2는 예시적인 실시예에 따라 동공 및 홍채를 검출하는 방법을 예시하는 도면,
도 3은 예시적인 실시예에 따라 스마트폰 디바이스와 통합된 마운트 인터페이스의 디자인을 예시하는 도면,
도 4는 예시적인 실시예에 따라 비디오를 획득 및 처리하고 컴퓨터 임상 파라미터를 모바일 디바이스 상에 디스플레이하는 애플리케이션 디자인을 예시하는 도면,
도 5는 예시적인 실시예에 따라 이미지 프레임 상에 오버레잉된(overlaid) 동공 및 홍채 검출을 예시하는 도면, 및
도 6은 예시적인 컴퓨팅 시스템을 예시하는 도면.

본 실시예는 환자의 생리적 동요를 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 환자의 눈의, 복수의 비디오 프레임을 포함한, 비디오 시퀀스(video sequence)를 획득하는 단계, 기준선 동공 크기, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화, 동공 수축의 평균 속도, 동공 수축의 최대 속도, 동공 수축의 지연 시간(latency), 및 동공 재확장의 속도를 포함하는 복수의 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터를 선택하는 단계, 처리 회로를 사용하여 그리고 복수의 비디오 프레임에 기초하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 단계, 및 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 환자의 생리적 동요를 결정하는 단계를 포함하며, 여기서 복수의 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터는 환자의 어떤 생리적 동요가 결정되어야 하는지에 기초하여 선택된다.

본 방법은, 복수의 프레임 중 제 1 프레임에서, 동공의 중심 및 동공과 홍채의 경계 상의 두 지점을 로컬라이징(localizing)하는 단계, 처리 회로를 사용하여, 상기 로컬라이징에 기초하여 홍채의 예상되는 위치에 대응하는 마스크 이미지(mask image)를 생성하는 단계로서, 상기 마스크 이미지는 복수의 픽셀을 포함하는, 생성하는 단계, 및 생성된 마스크 이미지에 기초하여 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 단계를 추가로 포함한다.

본 방법은, 처리 회로를 사용하여, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 50% 초과인 것으로 결정될 때 두개내 압력을 20 mmHg 미만인 것으로 결정하는 단계, 처리 회로를 사용하여, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하는 단계, 처리 회로를 사용하여, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 정중선 이동(midline shift)을 결정하는 단계, 처리 회로를 사용하여, 동공 수축의 평균 속도가 0.6 mm/sec 미만일 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하는 단계를 추가로 포함한다.

본 방법은 환자가 반듯이 누운 자세(supine position)에 있는 동안 환자의 눈의 제 1 비디오 시퀀스를 획득하는 단계, 처리 회로를 사용하여 그리고 제 1 비디오 시퀀스에 기초하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터의 제 1 버전을 결정하는 단계, 환자가 직립 자세에 있는 동안 환자의 눈의 제 2 비디오 시퀀스를 획득하는 단계, 처리 회로를 사용하여 그리고 제 2 비디오 시퀀스에 기초하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터의 제 2 버전을 결정하는 단계, 및, 처리 회로를 사용하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터의 제 1 버전과 제 2 버전의 비교에 기초하여 환자가 기립성 빈박 증후군(postural orthostatic tachycardia syndrome, POTS)을 갖는지 여부를 결정하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 제 2 비디오 시퀀스는 환자가 반듯이 누운 자세로부터 직립 자세로 되고나서 사전결정된 시간량 후에 획득된다.

본 방법은, 처리 회로를 사용하여, 반듯이 누운 자세에서 측정된 환자의 최대 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 환자의 최대 동공 직경보다 2.5% 클 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계, 또는, 처리 회로를 사용하여, 반듯이 누운 자세에서 측정된 환자의 최소 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 환자의 최소 동공 직경보다 6.7% 클 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.

본 방법은, 처리 회로를 사용하여, 환자의 동공의 크기에 있어서의 제 1 변화가 동공의 크기에 있어서의 제 2 변화보다 8.5% 작을 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계, 또는, 처리 회로를 사용하여, 환자의 동공 수축의 제 1 평균 속도가 동공 수축의 제 2 평균 속도보다 7.3% 작을 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 모바일 디바이스에 내장된 플래시(flash)가 확장 및 수축의 정도를 측정하기 위해 눈을 자극하는 데 사용된다.

본 실시예는 또한 환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 장치는 환자의 눈의, 복수의 비디오 프레임을 포함한, 비디오 시퀀스를 획득하고, 기준선 동공 크기, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화, 동공 수축의 평균 속도, 동공 수축의 최대 속도, 동공 수축의 지연 시간, 및 동공 재확장의 속도를 포함하는 복수의 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터를 선택하고, 처리 회로를 사용하여 그리고 복수의 비디오 프레임에 기초하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터를 결정하고, 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 환자의 생리적 동요를 결정하도록 프로그래밍되거나 구성된 회로를 포함하며, 여기서 복수의 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터는 환자의 어떤 생리적 동요가 결정되어야 하는지에 기초하여 선택된다.

본 장치는 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 50% 초과인 것으로 결정될 때 두개내 압력을 20 mmHg 미만인 것으로 결정하고, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하고, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 정중선 이동을 결정하고, 동공 수축의 평균 속도가 0.6 mm/sec 미만일 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하도록 구성된 회로를 포함한다.

본 장치는 환자가 반듯이 누운 자세에 있는 동안 환자의 눈의 제 1 비디오 시퀀스를 획득하고, 처리 회로를 사용하여 그리고 제 1 비디오 시퀀스에 기초하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터의 제 1 버전을 결정하고, 환자가 직립 자세에 있는 동안 환자의 눈의 제 2 비디오 시퀀스를 획득하고, 처리 회로를 사용하여 그리고 제 2 비디오 시퀀스에 기초하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터의 제 2 버전을 결정하고, 처리 회로를 사용하여, 복수의 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 파라미터의 제 1 버전과 제 2 버전의 비교에 기초하여 환자가 기립성 빈박 증후군(POTS)을 갖는지 여부를 결정하도록 구성된 회로를 포함하며, 여기서 제 2 비디오 시퀀스는 환자가 반듯이 누운 자세로부터 직립 자세로 되고나서 사전결정된 시간량 후에 획득된다.

본 장치는 반듯이 누운 자세에서 측정된 환자의 최대 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 환자의 최대 동공 직경보다 2.5% 클 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하거나, 반듯이 누운 자세에서 측정된 환자의 최소 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 환자의 최소 동공 직경보다 6.7% 클 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하도록 구성된 회로를 포함한다.

본 장치는 환자의 동공의 크기에 있어서의 제 1 변화가 동공의 크기에 있어서의 제 2 변화보다 8.5% 작을 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하거나, 환자의 동공 수축의 제 1 평균 속도가 동공 수축의 제 2 평균 속도보다 7.3% 작을 때 환자가 POTS를 갖는다고 결정하도록 구성된 회로를 포함한다.

도 1은 예시적인 실시예에 따라 눈의 홍채 및 동공을 검출하는 방법의 개관을 예시한다. 홍채에 대한 고 콘트라스트(contrast)로 동공의 수축 및 확장을 이미징하기 위해, 안전한 수준 이내의 적외(IR) 광을 사용하는 것이 필요하다. 불행하게도, 현재의 스마트폰 내의 모바일 카메라는 이미지 품질을 개선하기 위해 가시 광은 통과시키는 반면 IR 광은 차단한다. 따라서, 본 실시예는 기존의 모바일 디바이스에 저렴한 IR-민감성 CMOS 카메라 모듈을 결합하기 위한 이지 마운트 인터페이스(easy mount interface)를 포함하도록 설계된다(기존의 모바일 디바이스 상에의 마운트 인터페이스의 디자인이 도 3과 관련하여 보다 상세히 기술될 것이다). 기존의 모바일 디바이스는 IR 광에 민감성일 수 있거나, IR 광에 민감성이 되도록 변경될 수 있다.

단계 101에서, 어둠 속에서 빛을 발하는 6개의 고출력 적외선 LED를 갖는 고품질 RGB CMOS 카메라 모듈이 표준 화질 해상도로 선명한 RGB 비디오를 캡처하도록 구성될 수 있다(고품질 RGB CMOS 카메라 모듈은 완전히 어두운 환경에서도 선명한 RGB 비디오를 캡처할 수 있다). 단계 102에서, 카메라 모듈은 캡처된 비디오의 RCA 아날로그 신호를 비디오 캡처 디바이스로 전송한다. 비디오 캡처 디바이스는 카메라 모듈로부터 아날로그 신호를 수신하는 마운트 인터페이스의 부분이다. 카메라 모듈은 기존의 모바일 디바이스 상에 용이하게 장착가능하며, 12V 규격에 가깝게 급전되어야 한다. 카메라 모듈의 4.3 mm의 초점 거리(focal length) 및 2.0의 조리개는 24 내지 100 mm까지의 시야를 제공한다. 스마트폰 디바이스에 내장된 플래시는 동공의 확장 및 수축의 정도를 측정하기 위해 눈을 자극하는 데 사용될 수 있다. 또한, 모듈형 소스(modular source)가 또한 시각적 자극을 위해 사용될 수 있다. 본 실시예의 방법은 동공의 변화를 글라스고 코마 스케일(Glasgow Coma Scale, GCS)에 조합하는 데 사용될 수 있다.

단계 103에서, 카메라 모듈로부터 출력된 RCA 아날로그 신호가 비디오 캡처 디바이스에 의해 MPEG 4 포맷으로 변환된다. 비디오 캡처 디바이스가 RCA 아날로그 신호를 임의의 오디오/비디오 포맷으로 변환할 수 있으며 본 실시예가 MPEG 4 포맷으로 제한되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 단계 104에서, MPEG 4 포맷이 블루투스(Bluetooth) 또는 마이크로/미니 USB와 같은 내장된 범용 데이터 I/O 인터페이스를 통해, 애플리케이션 소프트웨어가 설치된 스마트폰 디바이스 및/또는 태블릿 중 임의의 것을 포함한 모바일 디바이스에 입력된다. MPEG 4 포맷이 블루투스 또는 마이크로/미니 USB와 같은 내장된 범용 데이터 I/O 인터페이스를 통해 입력되는 것으로 기술되지만, 임의의 무선/유선 통신이 사용될 수 있으며 본 실시예가 임의의 특정한 무선/유선 통신으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

일단 데이터가 모바일 디바이스로 전달되면, 데이터는 단계 105에서 모바일 디바이스의 내부 프로세서(처리 회로)를 사용하여 처리될 수 있다. 데이터의 처리는 도 2와 관련하여 기술된다. 또한, 단계 106에서, 사용자는 모바일 디바이스의 내부 프로세서에 의해 처리된 데이터를 시각화할 수 있다. 사용자는 또한 카메라 모듈 및 비디오 캡처 디바이스로부터 수신된 미처리된 데이터를 시각화할 수 있다. 카메라 모듈에 의해 캡처된 RGB 이미지 및 IR 이미지는 사용자에 의해 관찰되도록 오버레잉될 수 있다. 본 실시예는 로컬식 처리(localized processing)로 제한되지 않는다. 원격 서버로 데이터를 전송하고 원격 처리로부터 결과를 리턴하는 것이 또한 이용될 수 있다.

카메라 모듈이 일회용이고 재사용 가능하다는 것에 유의하여야 한다. 게다가, 카메라 모듈은 또한 모바일 디바이스 상에 영구적으로 장착될 수 있다. 비디오 이미지가 위에서 그리고 아래에서 논의되지만, 카메라 모듈이 라이브 비디오 스트림 및 정지 이미지 둘 모두를 캡처할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 2는 동공 및 홍채를 검출하는 방법을 예시한다. 도 2와 관련하여 하기에 기술되는 모든 단계는 스마트폰 디바이스 또는 임의의 외부 처리 디바이스의 프로세서(처리 회로)에 의해 수행될 수 있다. 복수의 프레임을 포함하는 비디오 이미지가 단계 201에서 수신된다. 도 1과 관련하여 상기에 언급된 바와 같이, 비디오 이미지는 카메라 모듈에 의해 캡처되고, 비디오 캡처 디바이스에 의해 MPEG 4 포맷으로 변환된다. M개의 프레임을 갖는 비디오 시퀀스를 가정하면, 비디오 시퀀스의 각각의 프레임이 동공의 중심 및 반경을 검출하기 위해 처리된다. 프레임 1(비디오 시퀀스의 복수의 프레임 중에서 첫 번째 프레임)에서, 사용자는 초기화 단계로서 중심 및 동공과 홍채의 경계 상의 임의의 두 지점을 로컬라이징하도록 요청받는다(단계 202). 사용자는 (스마트폰 디바이스의 디스플레이 또는 RGB CMOS 카메라에 연결된 임의의 디스플레이와 같은) 디스플레이 상에서 첫 번째 프레임을 관찰할 수 있고, 중심점 및 동공과 홍채의 경계 상의 두 지점을 선택할 수 있다. 이러한 정보에 기초하여, 비관련 영역에서의 계산을 피하기 위해 홍채의 예상되는 위치를 덮는 마스크 이미지가 생성된다(단계 202). 하기의 단계는 비디오 시퀀스의 다른 프레임의 처리에 대해 동일하다. 단계 203에서, 필요한 경우, 계산 시간을 절약하기 위해 이미지 비디오 프레임의 다운-샘플링(down-sampling)이 수행된다. 단계 203에서, RGB 이미지 프레임(비디오 이미지 프레임)이 0부터 1에 이르는 더블 데이터 타입(double data type)을 갖는 그레이 스케일(gray scale)로 변환된다. 단계 204에서, 광원에 의해 야기되는 경면 반사(specular reflection)의 밝은 구역이 존재할 수 있기 때문에, 추가의 단계가 밝은 픽셀을 주위의 어두운 픽셀로 채움으로써 아티팩트(artifact)를 제거한다. 밝은 구역은 마스크 이미지로부터 제거될 수 있다. 마스크 이미지 내의 모든 픽셀은 동공의 중심점을 결정하기 위한 후보로 고려된다(단계 205). 예를 들어, 마스크 이미지가 N개의 픽셀을 포함한다면, N개의 픽셀 모두가 동공 및 홍채의 중심점을 결정함에 있어서 후보로 고려된다. 하기에 정의된 바와 같은 적합도 함수(good-of-fit function) f가 동공 및 홍채의 중심점 및 반경을 결정하는 데 사용된다.

여기서, n은 고려되는 극선 변수(polar variable) θ의 이산값의 개수를 나타내고,

은 반경 방향에서의 이미지 강도의 방향 미분계수를 나타낸다. 첫 번째 항은 경계에 걸친 구배(gradient)의 가중합 강도(weighted summed strength)를 캡처하고, 두 번째 항은 경계를 따른 구배의 균일도(uniformity)를 캡처하고, 마지막 항은 경계 내부의 보다 어두운 영역에 대한 약간의 선호성(slight preference)을 캡처한다. 단일 비디오 프레임 내의 각각의 n 지점에 대해, 그 지점으로부터 [Rmin, Rmax]의 거리에서의 함수 f의 선적분(line integral)이 계산되고(단계 206), 평균 필터링(mean filtering) 후에 각각 동공 및 홍채에 대응하는 2개의 극대치(local maxima)가 획득된다. 적합도 측정값은 2개의 피크 값의 합계로서 정의된다(단계 207). 적합도 측정값 및 대응하는 Rs가 메모리에 저장된다(단계 208). 이들 절차는 마스크 이미지 내의 나머지 N-1개 지점에서 반복된다. 식별된 동공의 중심 및 반경은 N개 지점 모두에 대한 적합도 측정값을 최대화하는 중심 및 반경이다(단계 209). 다음의 (k+1)번째 프레임의 처리를 위해, k번째 프레임에 대해 계산된 값을 사용하여 마스크 이미지가 업데이트된다. 다시 말해서, k번째 프레임에 대해 계산된 동공 및 홍채의 중심 및 반경이 업데이트된 마스크 이미지를 생성하는 데 사용되고, 단계 202 내지 단계 209가 비디오 시퀀스의 각각의 추가의 프레임에 대해 반복된다.

도 3은 스마트폰 디바이스(320)와 통합된 마운트 인터페이스(300)의 디자인을 예시한다. 도 1에 관하여 상기에 언급된 바와 같이, 마운트 인터페이스(300)는 스마트폰 디바이스(320)에 결합된 저렴한 IR 민감성 CMOS 카메라(301)를 포함한다. CMOS 카메라(301)는 어둠 속에서 빛을 발하는 6개의 고출력 적외선 LED(302)를 포함한다. 도 3은 6개의 고출력 적외선 LED(302)를 예시하지만, 임의의 개수의 고출력 적외선 LED가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

CMOS 카메라(301)는 고출력 적외선 LED(302)를 사용하여 사람 눈이 비디오 이미지로서 캡처될 수 있도록 사람 눈이 배치되는 부분(303)을 추가로 포함한다. 마운트 인터페이스(300)는 마운트 인터페이스(300)를 스마트폰 디바이스(320)에 부착하는 데 사용되는 부착부(304)를 추가로 포함한다. 마운트 인터페이스(300)는 또한, 도 3에 예시된 바와 같이, CMOS 카메라(301) 및 부착부(304) 둘 모두에 결합된 중간 결합 디바이스(305)를 포함한다. 마운트 인터페이스(300)와 스마트폰 디바이스(320)의 조합은 동공 동적 파라미터를 측정하기 위한 핸드헬드형 디바이스(hand-held device)로서 유용하다.

도 1에 관하여 상기에 언급된 바와 같이, (고출력 적외선 LED(302)를 사용하는) CMOS 카메라(301)는 표준 화질로 선명한 RGB 비디오를 캡처할 수 있다. 캡처된 RGB 비디오는 이어서 비디오 캡처 디바이스로 RCA 아날로그 신호로서 전송된다. CMOS 카메라(301)로부터 출력된 RCA 아날로그 신호는 비디오 캡처 디바이스에 의해 MPEG 4 포맷으로 변환된다. 비디오 캡처 디바이스가 RCA 아날로그 신호를 임의의 오디오/비디오 포맷으로 변환할 수 있으며 본 실시예가 MPEG 4 포맷으로 제한되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 마지막으로, 비디오의 MPEG 4 포맷이 블루투스 또는 마이크로/미니 USB와 같은 내장된 범용 데이터 I/O 인터페이스를 통해, 애플리케이션 소프트웨어가 설치된 스마트폰 디바이스 및/또는 태블릿 중 임의의 것을 포함한 모바일 디바이스에 입력된다. MPEG 4 포맷이 블루투스 또는 마이크로/미니 USB와 같은 내장된 범용 데이터 I/O 인터페이스를 통해 입력되는 것으로 기술되지만, 임의의 무선/유선 통신이 사용될 수 있으며 본 실시예가 임의의 특정한 무선/유선 통신으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

캡처된 비디오 이미지는 스마트폰 디바이스 내의 프로세서에 의해 처리된다. 도 3에 스마트폰 디바이스가 도시되지만, 외부 프로세서(도시되지 않음)가 또한 캡처 비디오 이미지를 처리하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

동공 광 반사(pupillary light reflex, PLR)는 빛의 번쩍임에 응답하여 증가된 부교감신경 긴장의 결과로서 일어나는 수축 또는 축동(miosis), 및 증가된 교감신경 긴장을 반영하는 확장 또는 산동(midriasis)을 갖는 자율 신경계의 완전성을 반영한다. 빛의 번쩍임은 스마트폰 디바이스의 섬광에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어 약물의 사용 또는 의학적 상태와 같은 생리적 동요를 결정할 수 있는 알고리즘의 생성에 사용되는 적어도 6개의 동공측정 기준(pupillometric measure)이 있다. 2개의 정적 기준은 수축 진폭(constriction amplitude, CON)을 생성하기 위해 기준선 동공 크기 및 최대 수축 크기를 포함한다. 기준선 동공 크기는 빛의 번쩍임 전에 확인되고, 최대 수축 크기는 빛의 번쩍임 후에 결정된다. 수축 속도(평균 수축 속도(average constriction velocity, ACV) 및 최대 수축 속도(maximum constriction velocity, MCV)), 수축의 지연 시간(latency of constriction, LAT), 및 재확장 속도를 포함하는 빛의 번쩍임에 대한 동적 응답은 다른 동공측정 기준이다. PLR의 다양한 파라미터가 다양한 약물 및 의학적 상태에 의해 예측가능한 방식으로 영향을 받을 수 있다. 측정의 적용에 기초하여 적어도 6개의 동공측정 기준이 선택될 수 있다. 약물 사용의 검출 또는 의학적 상태의 검출과 같은 상이한 적용은 상이한 동공측정 기준, 및 동공측정 기준에 있어서의 상이한 양의 가중치 또는 상이한 방식의 처리를 고려할 수 있다.

휴리스틱 모델(Heuristic model)이 알고리즘의 개발에 사용된다. 정량화된 데이터가 업로드되고, 특정 시나리오를 예측하는 패턴에 대해 분석된다. 적어도 6개의 동공측정 기준이 RGB CMOS 카메라에 의해 획득된 비디오 이미지에 기초하여 스마트폰 디바이스 또는 임의의 다른 디바이스의 프로세서(처리 회로)를 사용하여 계산될 수 있다.

두개내 압력(intracranial pressure, ICP)에 있어서의 임계적 변화를 예측하기 위해 수축 진폭(CON) 및 평균 수축 속도(ACV) 둘 모두가 결정되었다. CON이 50% 초과(또는 50%와 동일)인 것으로 측정되는 경우, 그러한 기준은 ICP가 20 mmHg(밀리미터 수은) 미만임을 나타낸다. 또한, CON이 10% 미만(또는 10%와 동일)인 것으로 측정되는 경우, 그러한 기준은 ICP가 20 mmHg 초과임을 나타내거나 뇌의 정중선 이동을 나타낸다(이들 둘 모두 즉각적인 치료가 필요함). 마지막으로, ACV가 0.6 mm/sec 미만인 것으로 측정되는 경우, 그러한 기준이 또한 ICP가 20 mmHg 초과임을 나타낼 수 있다.

오피오이드에 관하여, 모든 파라미터는 급성 투여를 갖는 오피오이드 용량(dose)에 반대로 관련된다. 만성 투여에서, 정적 기준 및 ACV에 대한 영향은 반대로 되어, 내성의 식별을 허용한다. 이들 파라미터에 대한 영향이 실제로 기준선으로부터 증가하는 경우, 이는 신경 흥분 상태인 오피오이드 유발 통각과민을 나타낸다.

통증 강도에 관하여, 최대 수축 속도(MCV)가 주관적인 보고와 상관되는 것으로 나타났다. 모든 지점에 대한 0.11 mm/s 만큼의 MCV 증가는 10 포인트 비주얼 아날로그 스케일(point visual analog scale)로 증가한다.

본 방법은 또한 당뇨병 신경병증 및 기립성 빈박 증후군(POTS)을 비롯한 다양한 상태를 포함하는 자율 신경 장애를 검출 및 모니터링하는 데 사용될 수 있다.

예를 들어, 기립성 빈박 증후군(POTS)은 직립 자세를 가정하는 5 내지 30분 이내에 30 맥박/분 이상의 심박수 증가가 수반되는 6개월 이상 동안의 기립성 조절 장애의 증상의 존재로서 정의된다. 이는 보통 기립성 저혈압(20/10 mmHg 초과의 혈압 하락)의 부존재 시에 일어난다. POTS는 자율신경 불균형을 반영하며, 물리적, 사회적, 및 역할 기능을 비롯한, 삶의 질의 다수의 영역에 걸쳐 한계를 야기하는 극심한 기능 장애와 연관될 수 있다.

POTS를 평가하기 위해, 대상은 먼저 암순응되고 반듯이 누운 자세에서 기준선 값(예컨대, 기준선 동공 크기)을 얻는다. 10분 정도 후에, 각각의 눈에서 판독(reading)이 취해진다. 그 후에 대상은 10분 동안 서 있고 다른 판독이 수행된다. 여기서, 판독은 눈의 비디오 이미지를 캡처하고, 비디오 이미지를 처리하고, 상기에 언급된 적어도 6개의 동공측정 기준의 값을 계산하는 것을 말한다. 하기의 결과는 POTS의 평가에 관하여 각각의 눈에서 취해진 판독에 기초하여 획득되었다.

POTS 환자들 중에서, 기준선에서의 동공측정은 동공 직경의 최대 직경으로부터 최소 직경으로의 퍼센트 변화(CON)가, 건강한 대조군과 비교할 때 수축 속도(ACV)가 그랬던 것처럼, 상당히 더 낮음을 나타내는 것으로 관찰되었다. 또한, 자극의 제시 후의 동공의 응답 시간인 지연 시간(LAT)이 건강한 대조군보다 POTS 환자에서 더 높다는 것이 확인되었다. 이들 차이의 크기를 표 1에서 볼 수 있다.

시험 1에 대한 실험 값과 대조 값의 비교

	실험	대조	p-값
CON	-0.31	-0.35	.009855
ACV	-3.26	-3.62	.00376
LAT	0.25	0.23	.027015

p-값은, 귀무 가설(null hypothesis)이 맞다고 가정할 때, 최소한 실제로 관찰된 것에 가까운 또는 극단적인 시험 통계 결과를 얻을 개연성이다.

기립성 스트레스하에서, POTS 환자들이 2.5% 만큼의 최대 동공 직경에 있어서의 감소 및 6.7% 만큼의 최소 동공 직경에 있어서의 감소를 경험했다는 것이 확인되었다. 수축 백분율이 8.5% 만큼 증가하는 것으로 확인되었고, 평균 수축 속도가 또한 7.3% 만큼 증가하였다. 이들 백분율 값은 반듯이 누운 자세와 직립 자세에서의 측정치의 비교이다. 따라서, 다양한 치료적 개입의 영향이 이들 파라미터에 대한 영향을 결정함으로써 진단 후에 객관적으로 모니터링될 수 있다.

당뇨병 신경병증은 동공 대 홍채 비에 있어서의 현저한 감소 및/또는 지연 시간에 있어서의 현저한 증가가 있을 때 검출될 수 있다.

도 4는 비디오를 획득 및 처리하고 컴퓨터 임상 파라미터를 스마트폰 디바이스 상에 디스플레이하는 애플리케이션 디자인을 예시한다. 예를 들어, 스마트폰 디바이스는 사용자가 동공측정기(마운트 인터페이스(300) 및 상기에 언급된 적어도 6개의 동공측정 기준을 처리하기 위한 애플리케이션)를 사용하여 홍채 및 동공을 포함한 눈의 비디오 이미지를 캡처하도록 허용하는 애플리케이션 디자인의 제 1 스크린(401)을 디스플레이한다. 게다가, 스마트폰 디바이스(400) 상의 제 1 스크린(401)은 또한 사용자가 이전에 저장된 비디오 이미지(도 2 및 도 3과 관련하여 논의된 파라미터를 포함하는, 미처리된 이미지 및 처리된 이미지 둘 모두)를 검색하도록 허용한다. 스마트폰 디바이스 상의 제 2 스크린(402)은 눈의 캡처 그리고 또한 최소 직경 및 최대 직경을 예시한다. 최소 직경 및 최대 직경은 동공 또는 홍채 중 어느 하나의 것일 수 있다. 최소 직경 및 최대 직경만이 제 2 스크린(402) 상에 예시되지만, 홍채 및 동공의 다른 측정치(예를 들어, 상기에 언급된 적어도 6개의 동공측정 기준)가 제 2 스크린(402) 상에 디스플레이될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 제 2 스크린(402)은 또한 동공/홍채의 직경에 있어서의 % 변화를 예시한다. % 변화는 또한 동공의 수축 및 확장 속도에 있어서의 변화에 대응할 수 있다. 마지막으로, 제 2 스크린(402)은 동공의 수축 및 확장의 현재 속도에 대응하는 속도를 예시한다.

스마트폰 디바이스 상의 제 3 스크린(403)은 환자에 관한 정보를 저장하기 위한 단계를 예시하고, 제 4 스크린(404)은 환자에 대한 정보를 검색하기 위한 검색 피처를 예시한다. 모든 환자 정보는 별개의 전자 데이터베이스(도시되지 않음)에 저장될 수 있다.

도 5는 이미지 프레임(501) 상에 오버레잉된(overlaid) 동공 및 홍채 검출을 예시한다. 원(502)은 홍채의 추정을 나타내고, 원(503)은 동공의 추정을 나타낸다. 원(502, 503)은 도 2에서의 단계를 사용하여 계산된, 각각, 홍채 및 동공의 추정을 나타낸다.

본 실시예는 다양한 동공 컬러 및 콘트라스트 팔레트에 걸친 안정된 성능을 위한 피처를 제공한다. 부가적으로, 본 실시예는 눈의 임의의 가능한 움직임(깜박임, 병진 등)을 취급하기에 강력하다. 마지막으로, 본 실시예는 또한 비디오 및 추출된 측정치를 디스플레이하는 그리고 병원에서의 유용성을 개선하는 사용자 친화적 그래픽 인터페이스를 제공한다. 본 실시예는 편리하고, 안정적이며, 비용 효과적인 플랫폼을 제공한다.

본 실시예의 다른 이점은 본 실시예가 오피오이드를 사용하여 환자의 추적을 허용한다는 것이다. 따라서, 본 실시예의 적용에 의해, 오피오이드 치료를 받는 환자 및 오피오이드 사용으로부터의 가능한 남용을 식별하는 것이 가능하다. 즉, 본 실시예는 환자가 처방된 용량을 넘어서는 용량을 사용하고 있는지를 검출하는 데 사용될 수 있다.

본 실시예는 또한 오피오이드 내성 및 오피오이드-유발 통각과민의 검출을 허용한다. 본 실시예는 또한 환자가 오피오이드 치료에 응답하는지를 검출하는 데 사용될 수 있다. 시토크롬 효소의 몇몇 다른 유전자형은 전구약물(pro-drug)을 활성 대사산물로 바꾸는 적절한 오피오이드 대사를 허용하지 않는다. 시토크롬 P450 대사산물 효소가 오피오이드 약물의 대사에 연루되었으며, 이들 효소에 있어서의 변종, 구체적으로 CYP2D6이 오피오이드의 독성 및 치료 효능에 관련되었다. 오피오이드 효능 추적을 위한 본 실시예의 방법은 동공 변화에 기초하여 특정 표현형을 식별할 수 있고, 치료의 개별화를 허용할 수 있다.

본 실시예는 또한 동공 변화에 기초하여 오피오이드 금단 증상을 검출하는 데, 금단 증세의 치료의 효능을 검출하는 데, 엄마가 임신 동안 오피오이드 또는 헤로인에 노출되었을 때 신생아의 금단 증세를 검출하는 데, 그리고 마취된 환자에서 국부 마취의 유효성을 평가하는 무통각 침해수용 분석을 지원하는 데 사용될 수 있다.

본 실시예의 방법은 또한 메타돈 사용의 관리에 사용될 수 있다. 메타돈 용량 관리는 임상의 판단에 기초한 주관적인 것이다. 본 실시예의 방법은 객관적인 동공 측정치에 기초하여 모르핀 또는 임의의 다른 오피오이드로부터 메타돈으로의 변화를 허용하여, 안전 및 효능을 증가시킨다. 부가적으로, 본 실시예의 방법은 또한 심장 마비 후에 신경학적 회복을 예측하기 위한 객관적인 측정치로서 심폐 소생술(cardiopulmonary resuscitation, CPR) 동안의 동공 반응도, 동공 광 반사, 및 CPR 동안의 동공 동적 변화의 크기를 평가하는 데 사용될 수 있다.

본 실시예의 방법은 진정된 또는 전신 마취하의 환자에서 동공 파라미터를 추적하는 유해 자극에 대한 응답의 크기를 평가하는 데, 인지적 활동의 지표로서 사용될 동공 파라미터에 있어서의 매우 미묘한 변화를 평가하는 데(각성도에 대한 평가 및 인지 상태 평가를 제공함), 스포츠 분야에서 뇌진탕 심각성을 평가하는 데, 그리고 외상성 뇌손상(traumatic brain injury, TBI) 후에 두개내 압력(intracranial pressure, ICP)에 있어서의 변화를 평가하는 데 사용될 수 있다. 동공 파라미터는 ICP 변화의 민감한 지표이다. 본 실시예의 방법은 의료인이 수술 또는 보수적인 임상 치료를 제안하는 것을 가능하게 한다. 이러한 툴은 예후 지표로서 작용할 수 있고, 긴급 구조원에 의해 그리고 응급실 및 집중 치료실(intensive care unit, ICU)에서뿐만 아니라 전쟁터에서 사용될 수 있다.

본 실시예의 방법은 동공 변화에 기초하여 향정신성 약물 사용 및 과다 복용과 약물 과다 복용으로부터의 동공 변화 및 결과 사이의 연관성을 규정하는 데 사용될 수 있다. 부가적으로, 본 실시예의 방법은 또한 카르바메이트 및 오가노포스포레이트와 같은 콜린성 독물의 섭취 후의 동공 변화에 기초하여 결과를 규정하는 데 사용될 수 있다. 본 방법은 치료 전에 그리고 치료 동안에 동공 변화를 추적하도록, 그리고 치료를 안내하도록 설계될 수 있다.

본 방법은 알코올 또는 규제 약물의 영향하에 있는 것으로 의심되는 운전자에 있어서 선별 시험(triage test)으로서 작용하도록 개발될 수 있다. 시험 동안에 임의의 특이한 동공 응답이 존재하는 경우, 그 운전자는 다른 시험을 받을 것이다.

또한, 본 실시예의 방법은 어린이 및 성인 중독 후에 약물 및 치료 효능을 식별하는 것을 돕는 데(동공 변화는 치료가 효과적이었는지를 식별할 수 있고, 어느 약물이 사용되었는지를 규정하는 데 도움을 줄 것임), 눈 감염과 같은 눈의 질병 및 질환, 뇌 외상 및 종양과 관련된 이상(abnormality)을 위한 스크리닝 툴(screening tool)로서의 역할을 할 우측 및 좌측 동공을 비교하는 데(동공 부동증은 많은 여러 임상 상황에서 적신호일 수 있으며, 본 방법은 이러한 질환의 중대성을 검출하고 심각한 임상 합병증을 회피하는 것을 도울 수 있음), 그리고 거짓말을 탐지하기 위한 면담 동안에 동공 변화를 검출하는 데 사용될 수 있다.

다음에, 예시적인 실시예에 따른 디바이스(예를 들어, 스마트폰 디바이스)의 하드웨어 설명이 도 6과 관련하여 기술된다. 도 6에서, 디바이스는 상기에 기술된 프로세스를 수행하는 CPU(600)를 포함한다. 프로세스 데이터 및 명령어가 메모리(602)에 저장될 수 있다. 이들 프로세스 및 명령어는 또한 하드 드라이브(HDD) 또는 휴대용 저장 매체와 같은 저장 매체 디스크(604)에 저장될 수 있거나, 원격으로 저장될 수 있다. 또한, 청구되는 진보는 본 발명의 프로세스의 명령어가 저장되는 컴퓨터-판독가능 매체의 형태에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 명령어는 CD, DVD, 플래시 메모리, RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 하드 디스크, 또는 디바이스가 통신하는 임의의 다른 정보 처리 디바이스, 예를 들어 서버 또는 컴퓨터에 저장될 수 있다.

또한, 청구되는 진보는 CPU(600) 및 마이크로소프트 윈도우즈(Microsoft Windows) 7, 유닉스(UNIX), 솔라리스(Solaris), 리눅스(LINUX), 애플 맥(Apple MAC)-OS 및 당업자에게 알려진 다른 체제와 같은 운영 체제와 함께 실행되는, 유틸리티 애플리케이션, 백그라운드 데몬, 또는 운영 체제의 컴포넌트, 또는 이들의 조합으로서 제공될 수 있다.

CPU(600)는 미국 소재의 인텔(Intel)로부터의 제논(Xenon) 또는 코어(Core) 프로세서 또는 미국 소재의 에이엠디(AMD)로부터의 옵테론(Opteron) 프로세서일 수 있거나, 당업자에 의해 인식될 다른 프로세서 타입일 수 있다. 대안적으로, CPU(600)는, 당업자가 인식할 바와 같이, FPGA, ASIC, PLD로 또는 별개의 논리 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 또한 CPU(600)는 상기에 기술된 본 발명의 프로세스의 명령어를 수행하기 위해 병렬로 협력하여 동작하는 다수의 프로세서로서 구현될 수 있다.

도 6의 디바이스는 또한 네트워크(66)와 인터페이싱(interfacing)하기 위한, 미국 소재의 인텔 코포레이션(Intel Corporation)으로부터의 인텔 이더넷 프로(Intel Ethernet PRO) 네트워크 인터페이스 카드와 같은, 네트워크 컨트롤러(606)를 포함한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 네트워크(66)는 인터넷과 같은 공용 네트워크, 또는 LAN 또는 WAN 네트워크와 같은 사설 네트워크, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있고, 또한 PSTN 또는 ISDN 서브-네트워크를 포함할 수 있다. 네트워크(66)는 또한 이더넷 네트워크와 같은 유선일 수 있거나, EDGE, 3G 및 4G 무선 셀룰러 시스템을 비롯한 셀룰러 네트워크와 같은 무선일 수 있다. 무선 네트워크는 또한 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth), 또는 알려져 있는 임의의 다른 무선 통신 형태일 수 있다.

디바이스는 휴렛 팩커드(Hewlett Packard) HPL2445w LCD 모니터와 같은 디스플레이(610)와 인터페이싱하기 위한 미국 소재의 엔비디아 코포레이션(NVIDIA Corporation)으로부터의 엔비디아 지포스 지티엑스(NVIDIA GeForce GTX) 또는 쿼드로(Quadro) 그래픽 어댑터와 같은 디스플레이 컨트롤러(608)를 추가로 포함한다. 범용 I/O 인터페이스(612)가 키보드 및/또는 마우스(614)뿐만 아니라, 디스플레이(610) 상의 또는 그것과 별개인 터치 스크린 패널(616)과 인터페이싱한다. 범용 I/O 인터페이스는 또한 휴렛 팩커드로부터의 오피스젯(OfficeJet) 또는 데스크젯(DeskJet)과 같은, 프린터 및 스캐너를 비롯한 다양한 주변 장치(618)에 접속된다.

크리에이티브(Creative)로부터의 사운드 블래스터 엑스-파이 티타늄(Sound Blaster X-Fi Titanium)과 같은 사운드 컨트롤러(620)가 또한 디바이스 내에 제공되어 스피커/마이크로폰(622)과 인터페이싱하여서 사운드 및/또는 음악을 제공한다.

범용 스토리지 컨트롤러(624)는 디바이스의 컴포넌트 모두를 상호접속하기 위한, ISA, EISA, VESA, PCI, 또는 그것과 유사한 것일 수 있는, 통신 버스(626)에 의해 저장 매체 디스크(604)에 접속된다. 디스플레이(610), 키보드 및/또는 마우스(614)뿐만 아니라, 디스플레이 컨트롤러(608), 스토리지 컨트롤러(624), 네트워크 컨트롤러(606), 사운드 컨트롤러(620), 및 범용 I/O 인터페이스(612)의 일반적인 특징 및 기능의 설명은 이들 특징이 알려져 있기 때문에 간략함을 위해 여기서는 생략된다.

명백히, 본 발명의 많은 변경 및 변형이 상기의 교시 내용에 비추어 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서, 실시예가 본 명세서에 구체적으로 기술된 것과는 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 개시된 기술의 단계가 상이한 순서로 수행되더라도, 개시된 시스템 내의 컴포넌트가 상이한 방식으로 조합되더라도, 또는 컴포넌트가 다른 컴포넌트로 교체되거나 그것에 의해 보완되더라도, 유리한 결과가 달성될 수 있다. 본 명세서에 기술된 기능, 프로세스, 및 알고리즘은 본 명세서에 기술된 기능, 프로세스, 및 알고리즘을 실행하기 위한 프로그램 코드 및/또는 컴퓨터 명령어를 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로세서 및/또는 프로그래밍 가능 처리 회로를 비롯한, 하드웨어 또는 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어에서 수행될 수 있다. 처리 회로는, 프로세서가 회로를 포함하기 때문에, 프로그래밍된 프로세서를 포함한다. 처리 회로는 또한 언급된 기능을 수행하도록 배열된 주문형 집적회로(application specific integrated circuit, ASIC) 및 종래의 회로 컴포넌트와 같은 디바이스를 포함한다.

본 명세서에 기술된 기능 및 특징은 또한 시스템의 다양한 분산(distributed) 컴포넌트에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서가 이들 시스템 기능을 실행할 수 있으며, 여기서 프로세서는 네트워크 내에서 통신하는 다수의 컴포넌트에 걸쳐 분산된다. 분산 컴포넌트는 다양한 휴먼 인터페이스 및/또는 통신 디바이스(예컨대, 디스플레이 모니터, 스마트폰, 태블릿, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant, PDA))에 더하여, 하나 이상의 클라이언트 및/또는 서버 기계를 포함할 수 있다. 네트워크는 LAN 또는 WAN과 같은 사설 네트워크일 수 있거나, 인터넷과 같은 공용 네트워크일 수 있다. 시스템으로의 입력이 직접적인 사용자 입력을 통해 수신되고/되거나, 실시간으로 또는 배치 프로세스(batch process)로서 원격으로 수신될 수 있다. 또한, 몇몇 구현예는 기술된 것과 동일하지 않은 모듈 또는 하드웨어 상에서 수행될 수 있다. 따라서, 다른 구현예는 청구될 수 있는 범위 내에 있다.

명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다는 것에 유의하여야 한다.

소정 실시예가 기술되었지만, 이들 실시예는 단지 예로서 제시되었으며, 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 정말로, 본 명세서에 기술된 신규한 방법, 장치 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있고; 게다가 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이, 본 명세서에 기술된 방법, 장치 및 시스템의 형태에 있어서 다양한 생략, 대체 및 변화가 이루어질 수 있다. 첨부된 특허청구범위 및 그것의 등가물이 본 발명의 범위 및 사상 내에 속할 그러한 형태 또는 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims

환자의 생리적 동요(physiologic perturbation)를 결정하는 방법에 있어서,
환자의 눈의, 복수의 비디오 프레임을 포함한, 비디오 시퀀스(video sequence)를 획득하는 단계;
선택가능한 복수의 생리적 동요 중 환자의 어떤 생리적 동요가 결정되도록 선택되는지에 기초하여, 기준선 동공 크기, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화, 동공 수축의 평균 속도, 동공 수축의 최대 속도, 동공 수축의 지연 시간(latency), 및 동공 재확장의 속도를 포함하는 복수의 눈-관련 파라미터 중 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터를 선택하고 그것에 가중치를 두는 단계;
처리 회로를 사용하여, 선택된 상기 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터, 상기 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터, 그리고 상기 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터 및 상기 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터에 부여되는 가중치에 기초하여 상기 환자가 선택된 생리적 동요를 갖는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 비디오 프레임 중 제 1 프레임에서, 상기 환자의 동공의 중심 및 상기 동공과 홍채의 경계 상의 두 지점을 로컬라이징(localizing)하는 단계;
상기 처리 회로를 사용하여, 상기 로컬라이징에 기초하여 상기 홍채의 예상되는 위치에 대응하는 마스크 이미지(mask image)를 생성하는 단계로서, 상기 마스크 이미지는 복수의 픽셀을 포함하는, 생성하는 단계; 및
생성된 마스크 이미지에 기초하여 상기 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로를 사용하여, 상기 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 50% 이상인 것으로 결정될 때 두개내 압력(intracranial pressure)을 20 mmHg 미만인 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로를 사용하여, 상기 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로를 사용하여, 상기 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 정중선 이동(midline shift)을 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로를 사용하여, 상기 동공 수축의 평균 속도가 0.6 mm/sec 미만일 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 환자가 반듯이 누운 자세(supine position)에 있는 동안 상기 환자의 눈의 제 1 비디오 시퀀스를 획득하는 단계;
상기 처리 회로를 사용하여 그리고 상기 제 1 비디오 시퀀스에 기초하여, 상기 복수의 눈-관련 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터의 제 1 버전을 결정하는 단계;
상기 환자가 직립 자세에 있는 동안 상기 환자의 눈의 제 2 비디오 시퀀스를 획득하는 단계;
상기 처리 회로를 사용하여 그리고 상기 제 2 비디오 시퀀스에 기초하여, 상기 복수의 눈-관련 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터의 제 2 버전을 결정하는 단계; 및
상기 처리 회로를 사용하여, 상기 복수의 눈-관련 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터의 상기 제 1 버전과 상기 제 2 버전의 비교에 기초하여 환자가 기립성 빈박 증후군(postural orthostatic tachycardia syndrome, POTS)을 갖는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제 2 비디오 시퀀스는 상기 환자가 반듯이 누운 자세로부터 직립 자세로 되고나서 사전결정된 시간량 후에 획득되는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 처리 회로를 사용하여, 반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 최대 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 최대 동공 직경보다 2.5% 클 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계; 또는
상기 처리 회로를 사용하여, 반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 최소 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 최소 동공 직경보다 6.7% 클 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 처리 회로를 사용하여, 반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 동공의 크기에 있어서의 제 1 변화가, 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 동공의 크기에 있어서의 제 2 변화보다 8.5% 작을 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계; 또는
상기 처리 회로를 사용하여, 반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 동공 수축의 제 1 평균 속도가, 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 동공 수축의 제 2 평균 속도보다 7.3% 작을 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 생리적 동요는 약물 사용 또는 의학적 상태 중 하나를 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치에 있어서,
환자의 눈의, 복수의 비디오 프레임을 포함한, 비디오 시퀀스를 획득하고;
선택가능한 복수의 생리적 동요 중 환자의 어떤 생리적 동요가 결정되도록 선택되는지에 기초하여, 기준선 동공 크기, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화, 동공 수축의 평균 속도, 동공 수축의 최대 속도, 동공 수축의 지연 시간, 및 동공 재확장의 속도를 포함하는 복수의 눈-관련 파라미터 중 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터를 선택하고 그것에 가중치를 두며;
선택된 상기 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터, 상기 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터, 그리고 상기 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터 및 상기 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터에 부여되는 가중치에 기초하여 상기 환자가 선택된 생리적 동요를 갖는지 여부를 결정하도록 구성된 회로를 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 회로는,
상기 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 50% 이상인 것으로 결정될 때 두개내 압력을 20 mmHg 미만인 것으로 결정하도록 추가로 구성되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 회로는,
상기 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하도록 추가로 구성되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 회로는,
상기 동공의 크기에 있어서의 최대 변화가 10% 이하인 것으로 결정될 때 정중선 이동을 결정하도록 추가로 구성되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 회로는,
상기 동공 수축의 평균 속도가 0.6 mm/sec 미만일 때 두개내 압력을 20 mmHg 초과인 것으로 결정하도록 추가로 구성되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 회로는,
상기 환자가 반듯이 누운 자세에 있는 동안 상기 환자의 눈의 제 1 비디오 시퀀스를 획득하고;
상기 제 1 비디오 시퀀스에 기초하여, 상기 복수의 눈-관련 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터의 제 1 버전을 결정하고;
상기 환자가 직립 자세에 있는 동안 상기 환자의 눈의 제 2 비디오 시퀀스를 획득하고;
상기 제 2 비디오 시퀀스에 기초하여, 상기 복수의 눈-관련 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터의 제 2 버전을 결정하고;
상기 복수의 눈-관련 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터의 상기 제 1 버전과 상기 제 2 버전의 비교에 기초하여 상기 환자가 기립성 빈박 증후군(POTS)을 갖는지 여부를 결정하도록 추가로 구성되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 제 2 비디오 시퀀스는 환자가 반듯이 누운 자세로부터 직립 자세로 되고나서 사전결정된 시간량 후에 획득되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 회로는,
반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 최대 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 최대 동공 직경보다 2.5% 클 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하거나; 또는
반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 최소 동공 직경이 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 최소 동공 직경보다 6.7% 클 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하도록 추가로 구성되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 회로는,
반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 동공의 크기에 있어서의 제 1 변화가, 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 동공의 크기에 있어서의 제 2 변화보다 8.5% 작을 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하거나; 또는
반듯이 누운 자세에서 측정된 상기 환자의 동공 수축의 제 1 평균 속도가, 직립 자세에서 측정된 상기 환자의 동공 수축의 제 2 평균 속도보다 7.3% 작을 때 상기 환자가 POTS를 갖는다고 결정하도록 추가로 구성되는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 생리적 동요는 약물 사용 또는 의학적 상태 중 하나를 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로를 사용하여, 상기 복수의 비디오 프레임 중 제 1 프레임으로부터 마스크 이미지를 생성하는 단계로서, 상기 마스크 이미지는 상기 환자의 눈의 동공에 대응하는 복수의 픽셀을 포함하는, 마스크 이미지 생성 단계;
업데이트된 마스크 이미지를 생성하기 위하여, 상기 처리 회로를 사용하여, 상기 복수의 픽셀 중에서 밝은 픽셀을 어두운 픽셀로 교체하는 단계; 및
상기 처리 회로를 사용하여 그리고 상기 업데이트된 마스크 이미지에 기초하여, 상기 복수의 눈-관련 파라미터 중 선택된 적어도 하나의 정적 눈-관련 파라미터와 적어도 하나의 동적 눈-관련 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
결정될 환자의 다른 생리적 동요에 기초하여, 기준선 동공 크기, 동공의 크기에 있어서의 최대 변화, 동공 수축의 평균 속도, 동공 수축의 최대 속도, 동공 수축의 지연 시간, 및 동공 재확장의 속도를 포함하는 복수의 눈-관련 파라미터 중 모든 눈-관련 파라미터를 선택하고 그것에 가중치를 두는 단계; 및
선택된 모든 눈-관련 파라미터 그리고 모든 눈-관련 파라미터에 부여된 가중치에 기초하여 상기 환자가 상기 다른 생리적 동요를 갖는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는
환자의 생리적 동요를 결정하는 방법.