KR102265702B1 - Real-time detection device of superficial vein and blood flow - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a real-time detection device of superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared rays that detects a shape and blood flow of a superficial vein by analyzing a reaction specificity of hemoglobin in a blood vessel in a specific wavelength band in a near-infrared (N-IR) irradiation environment, and applies a high-speed image processing algorithm to the shape of the superficial vein and whether or not the blood vessel is abnormal to project, in real-time, on the original skin surface where the blood vessel is located. The present invention comprises: a near-infrared light source module; a camera module; an image processor module; a digital light processing module; and a communication module.

Description

근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치{Real-time detection device of superficial vein and blood flow}Real-time detection device of superficial vein and blood flow using near-infrared rays

본 발명은 근적외선(N-IR)의 조사(照射) 환경에서 혈액 내 헤모글로빈이 특정 파장대에서 보이는 반응 특이성을 분석하여 표재정맥(Superficial Vein)의 형태와 혈류를 검출하고, 표재정맥의 형태와 혈관이상여부를 고속 영상처리 알고리즘을 적용하여 혈관이 위치한 원래의 피부표면에 실시간으로 투사(投射, Projection)하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치에 관한 것이다.The present invention detects the shape and blood flow of the superficial vein by analyzing the reaction specificity of hemoglobin in the blood in a specific wavelength band in the near-infrared (N-IR) irradiation environment, and the shape and vascular abnormality of the superficial vein It relates to a real-time detection device for superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared rays that project (投射, Projection) on the original skin surface where blood vessels are located by applying a high-speed image processing algorithm.

혈관주사(IV Injection)는 많은 의료영역에서 행해지는 중요한 의료시술의 하나로, 대부분의 경우 숙련된 의료인력이 큰 무리없이 IV 주사 시술을 하고 있으나, 간혹 혈관을 육안으로 파악하기 어려운 비만환자나 특이체질 환자, 아동 환자 등의 경우에는 IV 주사 시술에 어려움을 겪고 있다.IV injection is one of the most important medical procedures performed in many medical fields. In most cases, skilled medical personnel perform IV injection without too much strain, but sometimes it is difficult for obese patients or idiosyncratic patients to see blood vessels with the naked eye. In the case of patients and children, the IV injection procedure is difficult.

특히 중증의 질병으로 장기 입원하는 환자의 경우, 링거 수액을 거의 24시간 투여해야 하므로 항상 IV 주사가 되어 있는 상태로 있어야 하고, 이 경우 반복된 수액투여로 혈관이 약해지고 약한 부위를 피해서 반복 주사하다 보면 결국 팔, 손, 발목 등에서 더 이상 IV 주사를 실시할 위치를 찾지 못하게 되며, 종국에는 중심정맥관(Central Venous Line) 삽입을 통하여 약물을 주입하는 경우가 발생한다.In particular, in the case of a patient hospitalized for a long time due to a serious disease, Ringer's solution must be administered for almost 24 hours, so the IV injection must always be in place. As a result, it is no longer possible to find a location for IV injection in the arm, hand, or ankle, and eventually, the drug is injected through the central venous line.

이러한 이유로 IV 주사과정에서 혈관이 아닌 곳에 약물을 주입할 경우, 침윤, 혈종, 신경 손상, 급성 구획 증후군 등의 증상이 발생된다.For this reason, if a drug is injected into a non-vascular place during IV injection, symptoms such as infiltration, hematoma, nerve damage, and acute compartment syndrome occur.

상기에서 침윤[Infiltration]은 정맥주사액이 정맥 밖의 주위조직들로 새어나가는 것을 뜻하고, 혈종[Hematoma]은 정맥주사 부위의 주변조직으로의 출혈이 일어나 형성되는 좌상을 말하며, 신경 손상[Nerve damage]은 바늘 삽입 시 신경초를 실질적으로 침범하는 경우 혹은 오랜 기간 동안 정맥주사 카테터(catheter)에 의해 신경이 압박된 경우에 발생되며, 급성 구획 증후군[acute compartment syndrome]은 외상에 의해 한정된 공간의 압력이 한계범위까지 증가하여 혈류의 감소로 이어지는 것으로 조직의 허혈과 괴사 및 기능적 손상이 발생하는 것을 말한다.In the above, infiltration refers to the leakage of intravenous fluid into the surrounding tissues outside the vein, and hematoma refers to a strain formed by bleeding into the surrounding tissues at the intravenous injection site, and nerve damage. occurs when the nerve sheath is substantially invaded during needle insertion or when the nerve is compressed by an intravenous catheter for a long period of time. It increases to the extent that it leads to a decrease in blood flow, which means that tissue ischemia, necrosis, and functional damage occur.

한편, 성형외과/피부과 영역의 경우에는 미용 시술시 혈관을 피해야 하는 경우가 대부분으로, 최근 유행하고 있는 필러(충전재) 시술의 경우 미세혈관과 신경이 다량으로 분포하고 있는 얼굴에 시술을 해야 하는데, 잘못된 시술로 인한 사고가 자주 발생하는 편이다.On the other hand, in the case of plastic surgery / dermatology, it is often necessary to avoid blood vessels during cosmetic procedures, and in the case of filler (filling material), which is popular recently, it is necessary to perform the procedure on the face where a large amount of microvessels and nerves are distributed. Accidents due to incorrect procedures are common.

따라서 정확한 혈관 위치와 상태를 파악할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need to develop a technology that can determine the exact location and condition of blood vessels.

등록특허 10-1494638Registered Patent 10-1494638

본 발명의 목적은 근적외선(N-IR)의 반사원리를 이용해 혈관정보를 파악하고, 파악된 혈관정보를 가시(Visible) 영역의 이미지로 재구성하여 측정된 원위치(In-Situ)에 실시간으로 정확하게 투사(Projection)함과 아울러 혈관이상여부도 함께 표시함으로써, 육안으로는 판별되지 않는 혈관의 위치와 형태 등을 실제 모습 그대로 파악하면서 IV주사(또는 필러시술 등)를 할 수 있게 되어, IV주사과정 및 성형시술에서 발생되는 의료사고와 그에 따른 부작용을 획기적으로 줄이고, 의료인력의 부담감을 줄일 수 있어 환자에게 적극적인 진료가 가능하도록 함과 아울러, 혈관이상여부도 실시간으로 해당위치에서 확인할 수 있어 치료에 도움이 되도록 하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to identify blood vessel information using the reflection principle of near-infrared (N-IR), reconstruct the identified blood vessel information into an image in the visible region, and accurately project the measured blood vessel information to the measured in-situ in real time. (Projection) and indication of vascular abnormalities together, it becomes possible to perform IV injections (or fillers, etc.) while grasping the location and shape of blood vessels that cannot be discriminated with the naked eye as they are. It can dramatically reduce medical accidents and side effects that occur in plastic surgery, and reduce the burden on medical personnel, enabling active treatment for patients, and also helps in treatment by checking vascular abnormalities at the location in real time. It is to provide a real-time detection device for superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared rays.

또한 표재정맥 탐지 과정에서 왜곡이나 노이즈가 발생하지 않도록 하여 정확하고 선명한 혈관 영상이 출력되도록 하는 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치를 제공하는 데 있다.In addition, it is an object to provide a real-time detection device for superficial vein and vascular abnormalities that prevents distortion or noise from occurring in the superficial vein detection process so that an accurate and clear blood vessel image is output.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 760-790nm LED 소자 및 800-950nm LED 소자를 각각 복수개 사용하고 이들이 교번으로 배치 및 점등제어되는 근적외선 광원 모듈; 피하혈관의 영상을 획득하는 하나 이상의 렌즈와 상기 렌즈로부터 획득된 상이 맺히는 근적외선(IR) 이미지센서를 포함하여 구성되어 피하혈관 데이터를 획득하는 카메라 모듈; 상기 카메라모듈로부터 전송된 피하혈관 데이터를 이미지 처리하되, 처리된 이미지에서 동일 혈관의 복수개 지점에서 혈류의 상태변화 즉, 혈류량 변화 또는 산화 Hb와 환원 Hb의 차이를 판단하고 그 차이가 기준치를 넘어설 경우 혈관이상으로 판단하며 혈관이상의 경우 사용자가 혈관이상을 확인할 수 있도록 혈관이상에 따른 이미지처리를 하여 출력하는 이미지 프로세서 모듈; 상기 이미지 프로세서 모듈에서 출력되는 혈관 이미지를 촬영된 피부영역 상에 실시간으로 출력하는 디지털광원처리(Digital Light Processing, DLP) 모듈; 을 포함하여 구성되는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치에 있다A feature of the present invention for achieving the above object is a near-infrared light source module using a plurality of 760-790nm LED elements and 800-950nm LED elements, respectively, and these are alternately arranged and controlled; a camera module configured to include at least one lens for acquiring an image of a subcutaneous blood vessel and a near-infrared (IR) image sensor on which an image obtained from the lens is formed to acquire subcutaneous blood vessel data; The subcutaneous blood vessel data transmitted from the camera module is image-processed, but in the processed image, a change in the state of blood flow at a plurality of points in the same blood vessel, that is, a change in blood flow or a difference between oxidized Hb and reduced Hb, is determined and the difference exceeds the reference value. an image processor module for judging a blood vessel abnormality in the case of a blood vessel abnormality, and processing and outputting an image according to the blood vessel abnormality so that the user can check the blood vessel abnormality; a digital light processing (DLP) module for outputting a blood vessel image output from the image processor module on a photographed skin region in real time; There is a real-time detection device for superficial venous and vascular abnormalities using near-infrared rays, including

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면 혈관 이미지가 원위치(In-Situ)에 정확하게 실시간 투사(Projection)됨으로써, IV주사과정에서 발생되는 의료사고와 그에 따른 부작용을 획기적으로 줄이고, 혈관을 피해서 주사할 필요가 있는 경우에 혈관을 손상시키지 않도록 하여 IV 주사 또는 성형시술 상황에서 의료인력의 부담감을 줄일 수 있어 환자에게 적극적인 진료가 가능하도록 하며, 환자의 경우에도 정확한 시술로 의료진에 대한 신뢰감을 높일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention having the above configuration, the blood vessel image is accurately projected in-situ in real time, thereby dramatically reducing medical accidents and side effects that occur in the IV injection process, and avoiding the blood vessels. By not injuring blood vessels when necessary, it can reduce the burden on medical personnel in IV injection or plastic surgery situations, enabling active treatment for patients. It works.

이에 따라, 채혈실에서 노인 및 아동 등의 정맥을 찾기 힘든 환자의 정맥 찾는 것을 도움으로써, 채혈자의 실수에 대한 부담감 감소로 일의 효율을 높이고, 환자 및 보호자가 육안으로 확인을 할 수 있어 안정감을 줄 수 있고, 경험이 부족한 채혈자도 채혈을 간편하게 할 수 있기 때문에 채혈 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, by helping to find the veins of patients who are difficult to find veins in the blood collection room, such as the elderly and children, it reduces the burden on the blood collector and increases work efficiency, and the patient and guardian can visually check the veins, which gives a sense of stability. It has the effect of shortening the blood collection time because blood collection can be easily performed even by an inexperienced blood collector.

그리고 혈관기형클리닉에서 시술 시 초음파를 이용하여 병변의 위치를 확인하고 마킹 한 뒤 시술하거나 초음파를 보면서 시술하는 것보다 피부 아래를 직접 관찰하면서 시술할 수 있어 보다 직관적이며 시술자의 편의성을 증대시킬 수 있고, 수술 시 육안으로 구별 불가능한 혈관 및 조직들을 간편하게 구별함으로써, 수술 성공률을 높이는데 기여할 수 있다.In addition, when performing a procedure in a vascular malformation clinic, the location of the lesion is checked and marked using ultrasound, or the procedure can be performed while directly observing the skin under the skin rather than performing the procedure while watching the ultrasound, which is more intuitive and increases the operator's convenience. , it can contribute to increasing the success rate of surgery by conveniently discriminating blood vessels and tissues that are indistinguishable with the naked eye during surgery.

또한 성형외과에서 정맥주사, 근육주사, 피하주사 등의 주사 시술 시 피하 층을 정확히 구분할 수 있기 때문에 주사의 부작용을 방지할 수 있다.In addition, since the subcutaneous layer can be accurately distinguished during injection procedures such as intravenous injection, intramuscular injection, and subcutaneous injection in plastic surgery, side effects of injection can be prevented.

아울러, 동일 혈관의 복수개 지점에서 혈류의 상대적 변화량을 파악하고, 각 측정지점에서 산화 및 환원 헤모글로빈의 농도 비율이 변화하는 차이를 파악하여 이상이 있을 경우 실시간으로 해당 혈관위치에 표시해줌으로써 특정 질병이나 병변을 추론하는데 유용하게 사용할 수 있도록 하여 적용 의료영역을 확대하고, 혈관 질환의 진단에 도움을 주며, 저렴한 비용으로 간단한 판별 검사로써 사용될 수 있어 혈관계 질환 예방에 도움을 준다.In addition, the relative change in blood flow at multiple points in the same blood vessel is identified, and the difference in the concentration ratio of oxidized and reduced hemoglobin at each measurement point is determined, and if there is an abnormality, it is displayed at the location of the blood vessel in real time to indicate a specific disease or lesion. It can be usefully used for inferring to expand the applied medical field, help in diagnosing vascular diseases, and can be used as a simple discriminant test at low cost, helping to prevent vascular diseases.

도 1은 본 발명에 따른 표재정맥 실시간 탐지 장치를 나타내는 도면
도 2는 LED 파장별 혈관 검출 이미지를 나타내는 도면
도 3은 가시광선필터의 동작을 나타내는 도면
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 가시광선필터의 작용을 나타내는 도면
도 6 내지 도 8은 모바일기기용 사용자 인터페이스의 구동예를 나타내는 도면
도 9는 혈류변화 실시간 탐지 예를 나타내는 도면
도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 표재정맥 실시간 탐지 과정을 나타내는 도면
도 16은 본 발명에 따른 표재정맥 및 혈류이상 실시간 탐지예를 나타내는 도면
1 is a view showing a real-time superficial vein detection device according to the present invention;
2 is a view showing a blood vessel detection image for each LED wavelength
3 is a view showing the operation of the visible light filter;
4 and 5 are views showing the action of the visible light filter according to the present invention;
6 to 8 are diagrams illustrating an example of driving a user interface for a mobile device;
9 is a diagram illustrating an example of real-time detection of changes in blood flow
10 to 15 are diagrams showing a real-time detection process of superficial veins according to the present invention
16 is a view showing an example of real-time detection of superficial vein and blood flow abnormalities according to the present invention

이하 본 발명의 실시 예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치는 도 1에 나타내는 바와 같이, 760-790nm LED 소자 및 800-950nm LED 소자를 각각 복수개 사용하고 이들이 교번으로 배치 및 점등제어되는 근적외선 광원 모듈(100); 피하혈관의 영상을 획득하는 하나 이상의 렌즈(210)와 상기 렌즈(210)로부터 획득된 상이 맺히는 근적외선(IR) 이미지센서(220)를 포함하여 구성되는 카메라 모듈(200); 상기 카메라모듈로부터 전송된 피하혈관 데이터를 이미지 처리하되, 처리된 이미지에서 동일 혈관의 복수개 지점에서 혈류의 상태변화 즉, 혈류량 변화 또는 산화 Hb와 환원 Hb의 차이를 판단하고 그 차이가 기준치를 넘어설 경우 혈관이상으로 판단하며 혈관이상의 경우 사용자가 시각적으로 확인할 수 있도록 이미지처리하여 출력하는 이미지 프로세서 모듈(300); 상기 이미지 프로세서 모듈(300)에서 출력되는 혈관 이미지를 촬영된 피부영역 상에 실시간으로 출력하는 디지털광원처리(Digital Light Processing, DLP)모듈(이하 DLP모듈이라 함)(400);을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the apparatus for real-time detection of superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared light according to the present invention uses a plurality of 760-790nm LED elements and 800-950nm LED elements, respectively, and a near-infrared light source module in which they are alternately arranged and controlled (100); a camera module 200 configured to include one or more lenses 210 for acquiring an image of subcutaneous blood vessels and a near-infrared (IR) image sensor 220 on which an image obtained from the lens 210 is formed; The subcutaneous blood vessel data transmitted from the camera module is image-processed, but in the processed image, a change in the state of blood flow at a plurality of points in the same blood vessel, that is, a change in blood flow or a difference between oxidized Hb and reduced Hb, is determined and the difference exceeds the reference value. an image processor module 300 for judging a blood vessel abnormality and processing and outputting an image so that a user can visually check the blood vessel abnormality; A digital light processing (DLP) module (hereinafter referred to as a DLP module) 400 for outputting a blood vessel image output from the image processor module 300 on a photographed skin region in real time; .

도면중 미설명부호 500은 외부기기와 통신을 위한 통신모듈을 나타내고, 600은 전원온/오프 등의 메뉴선택버튼과 충전이나 데이터전송 등을 위한 커넥터 등의 입/출력모듈을 나타낸다. In the drawings, unexplained reference numeral 500 denotes a communication module for communication with an external device, and 600 denotes an input/output module such as a menu selection button such as power on/off and a connector for charging or data transmission.

상기에서 혈류의 상태변화 측정은 실시간으로 탐지되는 혈류의 산화(Oxide) 및 환원(Deoxide) 헤모글로빈(Hb)의 농도를 각각 계조화(繼照化, Scalarize)하여, 각 지점에서 산화 및 환원 헤로글로빈의 농도를 합산하여 복수개 지점의 혈류량을 비교하고, 복수개 지점에서 산화 및 환원 헤로글로빈의 농도를 각각 비교함으로써 혈류(Blood Flow)의 상태변화를 파악하는 것이다.In the measurement of blood flow state change, the concentrations of oxidized (Oxide) and reduced (Deoxide) hemoglobin (Hb) in blood that are detected in real time are respectively gradated (繼照化, Scalarize), and oxidized and reduced hemoglobin at each point is measured. By summing the concentrations of , comparing the blood flow at a plurality of points, and comparing the concentrations of oxidized and reduced hemoglobin at the plurality of points, respectively, the change in the state of blood flow is identified.

이에 따라 헤모글로빈의 적외선 흡수율을 분석하여 최적의 파장대를 갖는 LED를 선정한다.Accordingly, an LED having an optimal wavelength band is selected by analyzing the infrared absorption rate of hemoglobin.

De-Oxygenated Hb(환원 헤모글로빈)은 650nm 대역에서 가장 높은 흡수율을 보이나, 650nm 대역은 가시광선 대역이라 피부 투과력이 약하고 붉은색 광원이 탐지하고자 하는 영상에 영향을 주게 되며, 비가시광선 대역에서는 760nm NIR 대역에서 높은 흡수율을 보이나, Peak 760nm LED를 생산하는 제조사가 없어 Peak 770nm LED(독일 Marktech사)를 사용한다.De-Oxygenated Hb (reduced hemoglobin) shows the highest absorption in the 650nm band, but the 650nm band is visible ray band, so skin penetration is weak and the red light source affects the image to be detected. In the invisible ray band, 760nm NIR Although it shows high absorption in the band, there is no manufacturer that produces Peak 760nm LED, so Peak 770nm LED (Marktech, Germany) is used.

Oxygenated Hb(산화 헤모글로빈)은 940nm NIR 대역에서 가장 높은 흡수율을 보이나 적외선 투사시 가장 잘 투영되고 흡수율에 차이가 없는 Peak 850nm LED(OSRAM사)를 사용한다.Oxygenated Hb (oxidized hemoglobin) shows the highest absorption in the 940nm NIR band, but uses a Peak 850nm LED (OSRAM) that is best projected when projected in infrared and has no difference in absorption.

이와 같이 선정된 770nm LED 소자(110) 및 850nm LED 소자(120)를 이용하여 획득된 혈관 영상은 도 2와 같고, 이 중 850nm LED 소자(확산각 45°)는 최적의 영상획득이 가능하므로 혈관 즉 표재정맥 탐지시에는 이를 단독으로 사용한다.The blood vessel images obtained using the 770 nm LED device 110 and the 850 nm LED device 120 selected as described above are the same as in FIG. 2 , and among them, the 850 nm LED device (diffusion angle of 45°) enables optimal image acquisition. In other words, it is used alone when detecting superficial veins.

따라서 본 발명에서는 상기 근적외선 광원 모듈(100)로 770nm LED 소자(110) 및 850nm LED 소자(120)를 각각 복수개(본 발명의 실시 예에서는 각각 8개씩 총 16개 사용함) 사용하여, 이들을 교번으로 배치하고, 점등제어시에도 이들을 교번으로 점등시킨다.Therefore, in the present invention, a plurality of 770 nm LED elements 110 and 850 nm LED elements 120 are used as the near-infrared light source module 100 (in the embodiment of the present invention, a total of 16 are used, 8 each), and these are alternately arranged Also, they are turned on alternately during lighting control.

즉, 770nm LED 소자(110)점등시에는 850nm LED 소자(120)는 소등되고, 770nm LED 소자(110) 소등시에는 850nm LED 소자(120)가 점등된다.That is, when the 770nm LED element 110 is turned on, the 850nm LED element 120 is turned off, and when the 770nm LED element 110 is turned off, the 850nm LED element 120 is turned on.

한편, 상기 근적외선 광원모듈(100)의 출력을 조정하고 이에 따라 근적외선 이미지 센서의 감도를 조정하여 세밀한 영상 제어가 가능하도록 하는데, 그 예로 근적외선 광원모듈의 출력을 강하게 하면 혈관의 선명도는 높일 수 있으나 세밀함(Detail)이 사라져서 미세혈관을 볼 수가 없고, 미세혈관을 보려고 근적외선 광원모듈의 출력을 약하게 하면 큰 혈관의 선명도가 약해지는 상관관계가 있다. 따라서, 목적하고자 하는 용도에 따라 사용자가 근적외선 광원모듈의 출력과 근적외선 이미지 센서의 감도를 조정할 수 있도록 한다.On the other hand, the output of the near-infrared light source module 100 is adjusted and the sensitivity of the near-infrared image sensor is adjusted accordingly to enable detailed image control. For example, if the output of the near-infrared light source module is strengthened, the clarity of blood vessels can be increased, but Because the detail disappears, micro-vessels cannot be seen, and if the output of the near-infrared light source module is weakened to see micro-vessels, there is a correlation that the clarity of large blood vessels is weakened. Accordingly, the user can adjust the output of the near-infrared light source module and the sensitivity of the near-infrared image sensor according to the intended use.

상기 카메라모듈(200)을 구성하는 렌즈(210)는 C-Mount 타입의 렌즈로, 렌즈에서 IR 대역이 충분히 투과될 수 있도록 비적외선코팅렌즈(Non-IR Coating Lends)를 사용하고, 짧은 거리에서도 적외선(IR) 이미지 센서(220)에 상이 맺힐 수 있도록 최소 초점거리는 15cm이하로 하며, DLP 모듈(400)로부터 프로젝션되는 혈관이미지가 IR 이미지 센서(220)에 간섭을 일으키는 현상(플리커링, Flickering)을 방지하기 위해, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이 렌즈(210)에 별도의 720nm 로우컷(Low-cut) 필터인 가시광선필터(230)를 구비한다.The lens 210 constituting the camera module 200 is a C-Mount type lens, and uses Non-IR Coating Lenses so that the IR band can be sufficiently transmitted from the lens, and even at a short distance. The minimum focal length is 15 cm or less so that an image can be formed on the infrared (IR) image sensor 220 , and the blood vessel image projected from the DLP module 400 interferes with the IR image sensor 220 (flickering, flickering) In order to prevent this, as shown in FIGS. 1 and 3 , a visible light filter 230 which is a separate 720 nm low-cut filter is provided on the lens 210 .

상기 가시광선필터(230)는 렌즈후면에 가시광선 차단물질을 코팅한 것으로, 종래에는 렌즈 및 LED광원 전면에 필터를 부착하는 방법을 사용하였으나 이 경우 필터 자체의 산란효과로 출력 LED광량의 손실과 획득이미지의 해상도 저하 현상을 발생시키므로, 본 발명에서는 렌즈후면에 가시광선 차단물질을 코팅하여 필터링함으로써 LED광량의 손실과 획득이미지의 해상도 저하 현상없이 선명한 이미지를 획득할 수 있는 것이다.The visible ray filter 230 is coated with a visible ray blocking material on the rear surface of the lens. Conventionally, a method of attaching a filter to the front of the lens and LED light source was used, but in this case, the loss of output LED light amount due to the scattering effect of the filter itself and Since it causes a reduction in the resolution of the acquired image, in the present invention, a clear image can be obtained without loss of LED light quantity and resolution of the acquired image by coating and filtering a visible ray blocking material on the rear surface of the lens.

따라서 상기 가시광선필터(230)를 적용하면 햇빛이나 램프빛 등 주변광원(Ambience Light)의 빛과 플리커링 이미지 및 자기이미지(Self Image of Vein) 무한반복을 차단하고, 혈관의 근적외선 이미지(N-IR Image of Vein)만 통과시킬 수 있게 된다. Therefore, when the visible light filter 230 is applied, it blocks the infinite repetition of light from ambient light sources such as sunlight or lamp light, flickering images and Self Image of Vein, and near-infrared images of blood vessels (N- Only the IR Image of Vein) can pass through.

상기에서 플리커링은 DLP 모듈이 영상의 RGB 각 광원을 회전하는 미러로 출력하는데서 기인하는 구조적인 문제이고, 자기이미지 무한반복은 측정되는 원위치에 영상을 재현하면서 발생하는 문제, 즉 재현되는 영상이 다시 측정과정에 유입되는 문제이다.In the above, flickering is a structural problem caused by the DLP module outputting each RGB light source of the image to a rotating mirror, and the self-image infinite repetition is a problem that occurs while reproducing the image at the measured original position, that is, the reproduced image is reproduced again. It is a problem that is introduced into the measurement process.

이러한 상기 가시광선 필터(230)의 성능을 광학분광기(spectroscope)로 측정한 결과 도 4에 나타내는 바와 같이 720nm 이하의 광간섭이 완벽하게 차단됨을 알 수 있고, 도 5는 가시광선 필터 사용 전/후 영상을 나타내는 것으로 사용 후 간섭이 사라짐을 알 수 있다.As a result of measuring the performance of the visible light filter 230 with an optical spectroscope, it can be seen that light interference of 720 nm or less is completely blocked as shown in FIG. 4 , and FIG. 5 shows before/after using the visible light filter It can be seen that the interference disappears after use by representing the image.

이미지 프로세서 모듈(300)은 I.MX6Quad 프로세서를 사용하는데, 이는 높은 Performance와 저전력 소비에 초점을 맞춘 Freescale Semiconductor의 최상위 멀티미디어 전용 프로세서로, HD급 비디오처리가 필요한 하이엔드 포터블 미디어 플레이어(portable media players with HD video capability)에 최적화된 솔루션이며, ARM Cortex-A9 MPCore 플랫폼기반으로 설계된다.The image processor module 300 uses an I.MX6Quad processor, which is Freescale Semiconductor's top-level multimedia-only processor focusing on high performance and low power consumption, and high-end portable media players that require HD-level video processing (portable media players with It is a solution optimized for HD video capability) and is designed based on the ARM Cortex-A9 MPCore platform.

그리고, 상기 이미지 프로세서 모듈(300)은 별도의 배터리타입 전원관리를 위한 PMIC를 포함하여 구성된다.In addition, the image processor module 300 is configured to include a separate PMIC for battery type power management.

DLP모듈(400)은 이미지 프로젝션 광원을 조정하는 드라이버부분과 실제 이미지영상을 출력하게 되는 엔진파트로 구성된다.The DLP module 400 is composed of a driver part for adjusting the image projection light source and an engine part for outputting an actual image image.

그리고, 프로젝션의 촛점거리가 15cm 이하로 조정될 수 있도록 경통부를 제작하고, 영상신호의 포트 매핑(Port Mapping)을 변경하여 DLP 컨트롤러 보드에 구현하며, 전용 디바이스 드라이버(Device Driver)를 개발하여 컨트롤러 보드에 포팅(Porting)한다.Then, the barrel is manufactured so that the focal length of the projection can be adjusted to 15 cm or less, the port mapping of the video signal is changed and implemented on the DLP controller board, and a dedicated device driver is developed and installed on the controller board. Porting.

이와 같이 구성된 본 발명에서 카메라 모듈(200)의 인식영영과 DLP 모듈(400)의 프로젝션 영역을 일치시키기 위하여 카메라 모듈(200)과 DLP 모듈(400)의 광축을 어긋나게 하여 카메라 모듈(200)의 인식영역과 DLP 모듈(400)의 프로젝션 영역을 일치시키고, 이로 인해 발생되는 왜곡현상은 이미지 프로세서 모듈(300)에서 보정한다.In the present invention configured as described above, in order to match the recognition area of the camera module 200 and the projection area of the DLP module 400, the optical axes of the camera module 200 and the DLP module 400 are shifted to recognize the camera module 200 The area and the projection area of the DLP module 400 are matched, and distortion caused by this is corrected by the image processor module 300 .

다른 방법으로 상기 카메라 모듈의 인식영영과 DLP 모듈의 프로젝션 영역을 일치시키기 위하여 광학미러를 장착하여 광축을 일치시킨다.In another method, an optical mirror is mounted to match the optical axis in order to match the recognition area of the camera module and the projection area of the DLP module.

한편, 상기 표재정맥 실시간 탐지 장치에는 와이파이 및 블루투스 등의 통신모듈(500)이 더 구비되어 획득된 표재정맥 이미지를 외부기기 즉, 휴대폰 등의 모바일기기나 담당자 단말기(데스크탑, 노트북 등), 서버 등에 전송하고, 그 동작을 모바일기기나 담당자 단말기로 제어할 수 있도록 하는데, 이를 위한 모바일기기용 사용자 인터페이스의 예를 하기에서 도 6을 참조하여 살펴본다.On the other hand, the superficial vein real-time detection device is further provided with a communication module 500 such as Wi-Fi and Bluetooth, so that the obtained superficial vein image is transmitted to an external device, that is, a mobile device such as a mobile phone, a terminal (desktop, laptop, etc.), a server, etc. In order to transmit and control the operation with a mobile device or a terminal in charge, an example of a user interface for a mobile device for this purpose will be described below with reference to FIG. 6 .

상기 모바일기기용 사용자 인터페이스에는 표재정맥 검출장치의 배터리잔량, 이미지의 확대와 축소, 도 7에 나타내는 바와 같이 검출된 표재정맥 이미지의 출력을 다양하게 조정하여 출력하는 메뉴 즉, Universal 메뉴는 실시간 혈관 검출 알고리즘이 적용된 스트리밍 메뉴이고, Fine Detail메뉴는 정밀분석을 위해 해상도를 높인 스트리밍 메뉴(혈관 검출 알고리즘은 CLAHE 2단계까지만 적용)이나 실시간은 아니며, Blood Flow 메뉴는 혈류의 상대적 변화량을 정밀하게 관찰하기 위해 해상도를 높인 스트리밍 메뉴로 770nm LED와 850nm LED의 교차 점등을 통해서 획득된 영상으로 실시간이미지는 아니다.In the user interface for the mobile device, a menu that variously adjusts and outputs the battery level of the superficial vein detection device, enlargement and reduction of the image, and the output of the detected superficial vein image as shown in FIG. 7 , that is, the Universal menu is real-time blood vessel detection It is a streaming menu to which an algorithm is applied, and the Fine Detail menu is a streaming menu with increased resolution for precise analysis (the blood vessel detection algorithm is applied only to CLAHE level 2), but it is not real-time, and the Blood Flow menu is used to precisely observe the relative change in blood flow. It is a streaming menu with increased resolution, and it is an image obtained through the cross lighting of 770nm LED and 850nm LED, and is not a real-time image.

또한 상기 모바일기기용 사용자 인터페이스에는 도 8에 나타내는 바와 같이 표재정맥 이미지를 촬영된 영상 그대로 혈관을 검게 표시(Display)하거나, 영상을 반전시켜 혈관을 밝게 표시하는 메뉴가 구비되고, In addition, as shown in FIG. 8, the user interface for the mobile device includes a menu for displaying the blood vessels in black as it is in the image taken of the superficial vein image, or displaying the blood vessels brightly by inverting the image,

아울러, 상기 표재정맥 검출장치는 자연공냉 방식을 채택함으로써, 수술실 등에서도 사용할 수 있게 되고, 고해상도로 처리된 혈관이미지를 태블릿등 모바일기기에 실시간으로 스트리밍할 수 있어, 표재정맥의 상세 분석자료로 활용할 수 있으며, 혈관 기형분석, 개복수술에서 내부 장기의 혈관파악, 안과에서 망막혈관 변성 파악 등에 사용이 가능하다.In addition, by adopting a natural air cooling method, the superficial vein detection device can be used in an operating room, etc., and can stream high-resolution processed blood vessel images to mobile devices such as tablets in real time, which can be used as detailed analysis data of superficial veins. It can be used for vascular malformation analysis, identification of internal organs in open surgery, and retinal vascular degeneration in ophthalmology.

그리고, 상기 표재정맥 검출 장치를 통해서 획득된 표재정맥 이미지는 서버로 전송되고, 상기 서버에서 의료영상 분석에 특화된 인공지능(AI) 학습기법을 적용하여, 정맥주사(IV Injection) 시술 시 최적의 천자(穿刺, Centesis) 위치를 추천하되, 실제 천자시 획득된 천자이미지와 전문가의 천자위치추천을 통하여 가중치 부여로 최적 천자위치를 제안하고, 상기 서버로부터 제안된 천자위치는 본 발명의 표재정맥 검출 장치로 전송되어 DLP 모듈을 통해서 해당 피부상에 투사된다.In addition, the superficial vein image acquired through the superficial vein detection device is transmitted to the server, and the server applies an artificial intelligence (AI) learning technique specialized for medical image analysis, so that the optimal puncture is performed during IV injection. (穿刺, Centesis) position is recommended, but the optimal puncture position is suggested by weighting through the puncture image obtained during actual puncture and the puncture position recommendation of an expert, and the puncture position suggested by the server is the superficial vein detection device of the present invention It is transmitted to the skin and projected onto the skin through the DLP module.

상기 이미지 프로세서 모듈에서 혈류변화를 실시간 탐지하는 과정을 하기에서 살펴본다.A process of real-time detection of blood flow changes in the image processor module will be described below.

카메라모듈로부터 획득된 760-790nm LED 소자 및 800-950nm LED 소자 점등시 각 LED소자별 Hb의 농도정보가 포함된 혈관이미지를 획득하고, 획득된 LED소자별 혈관이미지에서 도 9에 나타내는 바와 같이 동일 혈관의 복수개 지점에서 혈류의 상태변화 즉, 혈류량의 상대적 변화량 또는 산화 Hb대 환원 Hb의 농도 비율차이를 판단하고, 상기 혈류량의 상대적 변화량 또는 각 헤모글로빈의 농도 비율 차이가 기준치(정상이라고 판단할 기준치)를 벗어날 경우 혈관이상으로 판단하고 이에 따라 사용자가 즉시 확인할 수 있는 특정 문자나 색상 등으로 이미지 처리를 수행하여 출력한다.When the 760-790nm LED device and 800-950nm LED device obtained from the camera module are turned on, a blood vessel image including Hb concentration information for each LED device is acquired, and the obtained blood vessel image for each LED device is the same as shown in FIG. The change in the state of blood flow at a plurality of points in the blood vessel, that is, the relative change in blood flow or the difference in the concentration ratio of oxidized Hb to reduced Hb is determined, and the relative change in blood flow or the difference in the concentration ratio of each hemoglobin is the reference value (standard value to be determined as normal) If it deviates from , it is judged as a blood vessel abnormality, and the image is processed and output in a specific character or color that the user can immediately check.

한편, 상기에서 혈류의 상태변화 측정은 770nm와 850nm LED를 교차 점등하여 실시간으로 탐지되는 혈류의 산화(Oxide) 및 환원(Deoxide) 헤모글로빈(Hb)의 농도를 각각 계조화(繼照化, Scalarize)하여 혈류(Blood Flow)의 상태변화를 파악하는 것이다.On the other hand, in the measurement of blood flow state change in the above, 770 nm and 850 nm LEDs are cross-lit and the concentrations of Oxide and Deoxide hemoglobin (Hb) in blood flow detected in real time are gradated (繼照化, Scalarize), respectively. This is to understand the change in the state of blood flow.

그리고 혈류량은 환원 및 산화 Hb의 합으로 추론할 수 있으며, 측정하고자 하는 지점의 계조변화의 차이를 RGB888인터페이스에 의한 24비트 체계로 계조화한 수치로 합산함으로써 두 지점 간의 상대적 변화 정도를 도출하게 되며, 상대적 벼화 정도가 기준치(정상일 경우의 상대적 변화 정도) 범위를 벗어날 경우 혈관이상으로 판단한다.And the blood flow can be inferred as the sum of the reduced and oxidized Hb, and the relative change between the two points is derived by adding the difference in the grayscale change at the point to be measured as a grayscale value using a 24-bit system using the RGB888 interface. , If the relative degree of rice is out of the range of the reference value (relative degree of change in normal cases), it is judged as a vascular abnormality.

한편, 상기 표재정맥을 원위치에 표시하기 위하여 이미지 프로세서모듈에서는 렌즈의 광학적 왜곡(Distortion)을 보정하고, DLP의 투사각(Projection Angle)오차를 보정하는 전처리(Pre-Processing)과정 : 상기 전처리과정을 거쳐 획득된 이미지에서 원근변형(Perspective Transform)을 포함하는 기하학적 변형을 수행하는 기하학적 변형과정 : 히스토그램 평준화(획득 이미지의 명암대비 증가)의 방법으로 블록 단위로 별도의 Contrast Limiting 값을 설정하여 Equalization을 수행하는 균일화[CLAHE(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization)] 과정 : CLAHE 적용 후 증가된 노이즈를 제거하는 노이즈 제거[Median Blur]과정 : 어둡게 표시된 혈관이미지의 명암을 반전하는 반전[Invert]과정 : 이미지 분할 및 이진화를 통한 형상검출[Binarization] 과정 : 을 수행하여 표재정맥을 검출하고 이를 DLP모듈을통해서 원위치에 표시하게 된다.On the other hand, in order to display the superficial vein in its original position, the image processor module corrects the optical distortion of the lens and corrects the projection angle error of the DLP. Pre-Processing: After the pre-processing, Geometric transformation process that performs geometric transformation including perspective transformation on the acquired image: Equalization is performed by setting a separate Contrast Limiting value in blocks by means of histogram equalization (increasing the contrast of the acquired image). Equalization [CLAHE (Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization)] Process: Noise removal that removes noise that has increased after applying CLAHE [Median Blur] Process: Inverting process that inverts the contrast of darkened blood vessel image [Invert]: Image segmentation and binarization Through the shape detection [Binarization] process: is performed to detect the superficial vein and display it at the original position through the DLP module.

상기 전처리과정에서 광학적 왜곡 보정(Distortion Correction)에 대하여 설명한다.Optical distortion correction in the pre-processing process will be described.

렌즈를 통해 획득된 이미지는 기본적으로 왜곡(Distortion) 현상이 발생하며, 주요 왜곡으로 방사 왜곡(Radial Distortion) 및 접선 왜곡(Tangential Distortion)이 있다.An image acquired through a lens basically has a distortion phenomenon, and major distortions include radial distortion and tangential distortion.

이 중 방사 왜곡(Radial Distortion)이란 볼록렌즈의 굴절률에 의해 발생하며, 영상의 왜곡 정도는 중심에서의 거리에 의해 결정되는데(이미지 중심에서 멀어질수록 직선이 곡선으로 왜곡), 이러한 방사 왜곡은 아래의 수학식 1로 보정한다.Among them, Radial Distortion is caused by the refractive index of the convex lens, and the degree of image distortion is determined by the distance from the center (a straight line is distorted into a curve as it gets farther from the center of the image). is corrected by Equation 1.

수학식 1Equation 1

Figure 112019132022576-pat00001
Figure 112019132022576-pat00001

접선 왜곡(Tangential Distortion)은 카메라 제조(조립) 과정에서 카메라 렌즈와 이미지센서의 수평이 맞지 않거나, 렌즈 자체의 Centering이 맞지 않는 경우 발생하며, 이미지의 일부 영역이 예상보다 가깝게 보일 수 있는 왜곡으로, 수학식 2로 보정한다.Tangential distortion occurs when the camera lens and the image sensor are not horizontal during the camera manufacturing (assembly) process or the centering of the lens itself does not match. It is a distortion that can make some areas of the image appear closer than expected. It is corrected by Equation 2.

수학식 2Equation 2

Figure 112019132022576-pat00002
Figure 112019132022576-pat00002

기타 발생하는 물리적 왜곡 요소들은 Brown-Conrady Model을 적용하여 추가로 보정한다.Other physical distortion factors are further corrected by applying the Brown-Conrady Model.

수학식 3Equation 3

Figure 112019132022576-pat00003
Figure 112019132022576-pat00003

투사각 오차 보정은 렌즈각도에 의한 이미지의 왜곡이 발생하지 않도록 하는 것으로, 혈관측정 전 DLP 모듈을 이용해 먼저 기준점(또는 기준라인)을 검출하고자 하는 위치에 조사하고, 이미지센서를 통해 수집된 영상 데이터에서 상기 기준점의 좌표를 획득하여, 이를 기준좌표로 카메라 모듈과 DLP 모듈을 정렬하여 혈관검출에 적용한다.The projection angle error correction prevents image distortion caused by the lens angle. Before blood vessel measurement, a reference point (or reference line) is first irradiated to a location to be detected using the DLP module, and the coordinates of the reference point are obtained from the image data collected through the image sensor, and the camera module and the DLP module are used as reference coordinates. Sort and apply to blood vessel detection.

그 예로, 도 10에 나타내는 바와 같이 DLP 모듈로 투사한 DLP 모듈로 투사한 체커보드(Checker Board) 영상을 카메라에서 촬영하여 기준점 즉, 모서리 각 4지점(빨간점으로 표시)의 좌표를 획득한 후, 상기 획득된 기준좌표로 카메라 모듈과 DLP 모듈을 정렬하여 혈관검출에 적용한다.For example, as shown in FIG. 10 , after acquiring the coordinates of the reference point, that is, each of the four corner points (indicated by red dots), the checker board image projected by the DLP module projected by the DLP module is captured by the camera. , align the camera module and the DLP module with the obtained reference coordinates and apply it to blood vessel detection.

즉, 상기 카메라 모듈의 인식영역과 DLP 모듈의 프로젝션 영역을 일치시키기 위하여 상기 카메라 모듈의 광축을 16°정도 어긋나게 하여 카메라 모듈의 혈관 인식영역과 DLP 모듈의 프로젝션 영역이 일치되도록하고, 이로 인해 발생되는 왜곡현상은 이후 이미지 프로세서 모듈에서 보정한다.That is, in order to match the recognition area of the camera module and the projection area of the DLP module, the optical axis of the camera module is shifted by about 16° so that the blood vessel recognition area of the camera module and the projection area of the DLP module coincide with each other. The distortion is then corrected in the image processor module.

상기와 같은 카메라 모듈의 인식영역 및 DLP 모듈의 투사영역이 일치되도록 한 후, 카메라 모듈로부터 획득된 2D 이미지에 대하여 기하학적 변형과정을 수행하는데, 이는 카메라 모듈과 DLP 모듈의 광축이 일치하지 않아서 발생하는 원근감 변형 등을 보정하는 것으로, 상기 기하학적 변형에는 원근(Perspective), 크기(Scaling), 위치(Translation), 회전(Rotation) 등이 있으며, 그 예는 도 11과 같다.After making the recognition area of the camera module and the projection area of the DLP module match as described above, a geometric transformation process is performed on the 2D image obtained from the camera module, which occurs because the optical axes of the camera module and the DLP module do not match. As for correcting perspective deformation, the geometric deformation includes perspective, scaling, translation, rotation, and the like, and an example thereof is shown in FIG. 11 .

균일화 과정은 히스토그램 평준화방법으로 수행되는데, 히스토그램 평준화(Histogram Equalization)는 도 12에 나타내는 바와 같이 2D 이미지의 명암 대비를 증가시키는 것으로, 히스토그램(Histogram)의 강도를 더 잘 분산시킬 수 있고, 이로 인해 낮은 명암비의 이미지 영역이 더 높아지게 된다.The equalization process is performed by the histogram equalization method. Histogram equalization is to increase the contrast of the 2D image as shown in FIG. 12, and the intensity of the histogram can be better dispersed, and due to this, the The image area of the contrast ratio becomes higher.

따라서 히스토그램 평준화는 밝거나 어두운 배경 및 전경이 있는 이미지에 유용하며, 특히 과다 노출 또는 과소 노출된 이미지를 더욱 자세히 묘사할 수 있으나, 전체 영역에서 적용되므로 명암 대비가 향상되면서 과도한 밝기에 의해 이미지의 세부영역 정보가 손실되는 문제점이 발생한다.Thus, histogram equalization is useful for images with light or dark backgrounds and foregrounds, especially overexposed or underexposed images, although it can depict more detail, but since it is applied over the entire area, contrast is improved while the detail in the image is caused by excessive brightness. There is a problem in that area information is lost.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 도 13에 나타내는 바와 같이 히스토그램 평준화 기법을 변형한 CLAHE기법으로 변경하여 적용하며, CLAHE는 필요에 따라 복수회 반복하여 복수해 실시한다.Therefore, in order to solve this problem, as shown in FIG. 13 , the histogram equalization technique is changed to the modified CLAHE technique and applied, and the CLAHE is repeated multiple times if necessary.

상기 CLAHE(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization)는 이미지를 작은 블록(타일, Tile)으로 나눈 후, 각 블록에 대해서 각각 히스토그램 평준화(Histogram Equalization)를 실시하는 것으로, 다만 이미지에 노이즈(Noise)가 많을 경우에는 노이즈 또한 함께 증폭되기 때문에, 별도의 콘트라스트 리미팅(Contrast Limiting) 값을 설정하여 해결한다. 그리고 타일(Tile)의 경계 부분에서 발생하는 Artifact는 이중선형 보간기법(Bilinear Interpolation)을 적용하여 제거한다.The CLAHE (Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization) divides the image into small blocks (tiles) and then performs histogram equalization for each block. However, when there is a lot of noise in the image, Since noise is also amplified together, it is solved by setting a separate contrast limiting value. And artifacts occurring at the boundary of tiles are removed by applying bilinear interpolation.

그리고 CLAHE를 적용한 이후 증가된 노이즈(Noise)를 제거하기 위해 도 14에 나타내는 바와 같이 노이즈제거과정인 Median Blur를 수행하는데, 이는 주변 픽셀들의 값과 자신의 값들을 크기에 따라 정렬하고 중간값(Median)을 선택해서 자신의 픽셀값으로 선택하는 알고리즘이다.Then, in order to remove the noise increased after CLAHE is applied, as shown in FIG. 14 , a noise removal process, Median Blur, is performed, which aligns the values of surrounding pixels and their own values according to their sizes, and the median value (Median). ) and selects it as its own pixel value.

이후 도 14에 나타내는 바와 같이 반전과정(Invert)을 수행하여, 어둡게 표시되는 혈관을 밝게 표현하되도록 이미지의 명암을 역상시킨다.Thereafter, as shown in FIG. 14 , an invert process is performed to invert the contrast of the image to brightly express dark blood vessels.

마지막으로 형상검출과정(Binarization) 즉, 이미지를 분할하여 원하는 부분 혹은 물체의 형상을 검출하는데, 이는 입력된 영상 전체를 스캔하면서 픽셀값보다 트레스홀드(Threshold) 값이 크면 해당 위치의 픽셀값을 흰색(1 또는 255)로 하고, 픽셀값이 트레스홀드(Threshold)값보다 작으면 검은색으로 설정하여 출력하고, 이를 원위치(In-Situ)에 실시간으로 투사(Projection)하는 것으로, 형상검출과정을 거친 이미지와 실제 투사 이미지를 도 15에 나타내며, 혈관이상시 도 16에 나타내는 바와 같이 투사이미지의 색상을 변경(예 : 정상은 녹색, 혈류이상은 붉은색)하거나, 투사 이미지에 혈관이상여부를 문자 혹은 기호 등으로 표시한다.Lastly, the shape detection process (binarization), that is, dividing the image and detecting the shape of a desired part or object, scans the entire input image and turns the pixel value at the location into white color if the threshold value is greater than the pixel value. (1 or 255), and if the pixel value is smaller than the threshold value, it is set to black and output, and it is projected to the in-situ in real time. The image and the actual projected image are shown in Fig. 15, and when there is a blood vessel abnormality, as shown in Fig. 16, the color of the projection image is changed (eg, green is normal, red is blood flow abnormality), or whether there is a vessel abnormality in the projected image by text or indicated by symbols, etc.

이와 같이 원위치에 표재정맥이 표시되므로, 시술과정에서 천자위치를 정확하게 파악할 수 있는데, 보다 정확한 천자위치 설정을 위하여 상기 혈류변화 실시간 탐지 장치를 통해서 획득된 표재정맥 이미지는 서버로 전송되고, 상기 서버에서 의료영상 분석에 특화된 인공지능(AI) 학습기법을 적용하여, 정맥주사(IV Injection) 시술 시 최적의 천자(穿刺, Centesis) 위치를 추천하되, 실제 천자시 획득된 천자이미지와 전문가의 천자위치추천을 통하여 가중치 부여로 최적 천자위치를 제안하고, 상기 서버로부터 제안된 천자위치는 이미지 프로세서 모듈로 전송되어 DLP 모듈을 통해서 해당 피부 상에 투사된다.Since the superficial vein is displayed at the original location in this way, the location of the puncture can be accurately identified during the procedure. In order to set a more accurate location of the puncture, the superficial vein image acquired through the real-time detection device for blood flow change is transmitted to the server, and in the server By applying artificial intelligence (AI) learning technique specialized in medical image analysis, the optimal puncture position is recommended during IV injection, but the puncture image obtained during actual puncture and the puncture position of a specialist are recommended The optimal puncture position is proposed through weighting, and the puncture position proposed from the server is transmitted to the image processor module and projected onto the skin through the DLP module.

100 : 근적외선 광원 모듈
200 : 카메라 모듈
210 : 렌즈
220 : 근적외선(IR) 이미지센서
300 : 이미지 프로세서 모듈
400 : 디지털광원처리(Digital Light Processing, DLP)모듈
100: near-infrared light source module
200: camera module
210: lens
220: near infrared (IR) image sensor
300: image processor module
400: Digital Light Processing (DLP) module

Claims (7)

760-790nm LED 소자 및 800-950nm LED 소자를 각각 복수개 사용하고 이들이 교번으로 배치 및 점등제어되는 근적외선 광원 모듈(100);
피하혈관의 영상을 획득하는 하나 이상의 렌즈(210)와 상기 렌즈(210)로부터 획득된 상이 맺히는 근적외선(IR) 이미지센서(220)를 포함하여 구성되는 카메라 모듈(200);
상기 카메라모듈로부터 전송된 피하혈관 데이터를 이미지 처리하되, 처리된 이미지에서 동일 혈관의 복수개 지점에서 혈류의 상태변화 즉, 혈류량 변화 또는 산화 Hb와 환원 Hb의 차이를 판단하고 그 차이가 기준치를 넘어설 경우 혈관이상으로 판단하며 혈관이상의 경우 출력 이미지에 혈관이상을 표시하는 이미지 프로세서 모듈(300);
상기 이미지 프로세서 모듈(300)에서 출력되는 혈관 이미지를 촬영된 피부영역 상에 실시간으로 출력하는 디지털광원처리(Digital Light Processing, DLP)모듈(이하 DLP모듈이라 함)(400);
상기 이미지 프로세서 모듈(300)을 통해서 획득된 혈관영상이 외부기기로 실시간 전송되는 통신모듈; 을 포함하여 구성되고,
혈관 이미지 검출 전 DLP 모듈에서 기준점 또는 기준라인을 피부에 조사하고 카메라 모듈로부터 획득된 영상에서 상기 이미지 프로세서 모듈은 기준점 또는 기준라인을 기준으로 이미지 처리하여 DLP 모듈에서 해당 기준점 또는 기준라인을 기준으로 이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치.
a near-infrared light source module 100 using a plurality of 760-790 nm LED devices and 800-950 nm LED devices, respectively, and in which they are alternately arranged and controlled;
a camera module 200 configured to include one or more lenses 210 for acquiring an image of subcutaneous blood vessels and a near-infrared (IR) image sensor 220 on which an image obtained from the lens 210 is formed;
The subcutaneous blood vessel data transmitted from the camera module is image-processed, but in the processed image, a change in the state of blood flow at a plurality of points in the same blood vessel, that is, a change in blood flow or a difference between oxidized Hb and reduced Hb, is determined and the difference exceeds the reference value. an image processor module 300 for determining a blood vessel abnormality in the case of a blood vessel abnormality and displaying the blood vessel abnormality in an output image;
a digital light processing (DLP) module (hereinafter referred to as a DLP module) 400 for outputting a blood vessel image output from the image processor module 300 on a photographed skin region in real time;
a communication module for transmitting the blood vessel image acquired through the image processor module 300 to an external device in real time; consists of,
Before detecting the blood vessel image, the DLP module irradiates the skin with a reference point or reference line, and in the image obtained from the camera module, the image processor module processes the image based on the reference point or reference line. A real-time detection device for superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared rays, characterized in that output.
제 1항에 있어서, 상기 카메라모듈(200)을 구성하는 렌즈(210)는 C-Mount 타입의 비적외선코팅렌즈(Non-IR Coating Lends)를 사용하고, 최소 초점거리는 15cm이하로 하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치.The method according to claim 1, wherein the lens 210 constituting the camera module 200 uses C-Mount type Non-IR Coating Lenses, and the minimum focal length is 15 cm or less. A real-time detection device for superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared rays. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈(210)의 뒷면에 가시광선차단물질을 코팅하여 가시광선필터(230)를 구비한 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치.[Claim 2] The apparatus for detecting superficial vein and blood vessel abnormalities using near-infrared rays according to claim 1, characterized in that a visible ray filter 230 is provided by coating a visible ray blocking material on the rear surface of the lens 210. 제 1항에 있어서, 상기 이미지 센서(220)는 N-IR CMOS 이미지 센서를 사용하고, HDMI영상출력을 병렬 24비트로 변경하며, 카메라 영상입력은 병렬 12비트 그레이스케일(Grey scale)로 핀맵핑(pin mapping)하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치.The method according to claim 1, wherein the image sensor 220 uses an N-IR CMOS image sensor, changes the HDMI image output to 24 bits in parallel, and the camera image input is pin-mapped in parallel 12-bit gray scale. pin mapping), a real-time detection device for superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared rays. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 카메라 모듈(200)의 인식영영과 DLP 모듈(400)의 프로젝션 영역을 일치시키기 위하여, 상기 카메라 모듈(200)의 광축을 16°정도 어긋나게 하여 카메라 모듈의 혈관 인식영역과 DLP 모듈의 프로젝션 영역이 일치되도록 하고, 이로 인해 발생되는 왜곡현상은 이미지 프로세서 모듈(300)에서 보정하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치.According to claim 1, In order to match the recognition area of the camera module 200 and the projection area of the DLP module 400, the optical axis of the camera module 200 is shifted by about 16° to the blood vessel recognition area of the camera module A real-time detection device for superficial vein and blood vessel abnormalities using near-infrared rays, characterized in that the projection area of the DLP module matches, and the distortion caused by this is corrected by the image processor module (300). 제 1항에 있어서, 상기 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치를 통해서 획득된 표재정맥 이미지는 서버로 전송되고, 상기 서버에서 의료영상 분석에 특화된 인공지능(AI) 학습기법을 적용하여, 정맥주사(IV Injection) 시술 시 천자(穿刺, Centesis) 위치를 추천하되, 실제 천자시 획득된 천자이미지와 전문가의 천자위치추천을 통하여 가중치를 부여하여 천자위치를 제안하고, 상기 서버로부터 제안된 천자위치는 표재정맥 검출 장치로 전송되어 DLP 모듈을 통해서 해당 피부 상에 투사되는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 표재정맥 및 혈관이상 실시간 탐지 장치.The method of claim 1, wherein the superficial vein image acquired through the real-time detection device for superficial vein and vascular abnormality is transmitted to a server, and an artificial intelligence (AI) learning technique specialized for medical image analysis is applied in the server, intravenous ( IV Injection) recommends the puncture position during the procedure, but suggests the puncture position by assigning weights through the puncture image obtained during actual puncture and the expert puncture position recommendation, and the puncture position suggested by the server is superficial. A real-time detection device for superficial vein and vascular abnormalities using near-infrared rays, which is transmitted to a vein detection device and projected onto the skin through a DLP module.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116649918A (en) * 2023-07-25 2023-08-29 安徽康沐医疗器械科技有限公司 Vein imaging instrument collection and reduction system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823886B1 (en) * 2006-12-08 2008-04-21 김성근 Hypodermic vein detection imaging apparatus based on infrared optical system
KR20080043767A (en) * 2008-01-30 2008-05-19 루미네트엑스 테크놀로지스 코포레이션 Projection of subsurface structure onto an object's surface
KR101494638B1 (en) 2013-02-19 2015-03-02 서강대학교산학협력단 Vein visualization method using estimated reflectance spectrums, guide apparatus for vascular access using the method thereof and user authentication apparatus using the method thereof
KR20160003803U (en) * 2015-04-24 2016-11-02 방부복 Blood vessel searching device with smartphone

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823886B1 (en) * 2006-12-08 2008-04-21 김성근 Hypodermic vein detection imaging apparatus based on infrared optical system
KR20080043767A (en) * 2008-01-30 2008-05-19 루미네트엑스 테크놀로지스 코포레이션 Projection of subsurface structure onto an object's surface
KR101494638B1 (en) 2013-02-19 2015-03-02 서강대학교산학협력단 Vein visualization method using estimated reflectance spectrums, guide apparatus for vascular access using the method thereof and user authentication apparatus using the method thereof
KR20160003803U (en) * 2015-04-24 2016-11-02 방부복 Blood vessel searching device with smartphone

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116649918A (en) * 2023-07-25 2023-08-29 安徽康沐医疗器械科技有限公司 Vein imaging instrument collection and reduction system

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