KR102477805B1 - 체온과 산소포화도 진단이 가능한 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용한 폐부위 체온측정방법 - Google Patents
체온과 산소포화도 진단이 가능한 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용한 폐부위 체온측정방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 하우징의 중앙에 배치된 투사창을 통해, 별도로 마련된 방사선 검출 모듈로 CXR 촬영에 필요한 엑스선을 방사하는 휴대형 엑스선 방사모듈; 제1 센서를 이용하여 피진단자의 혈액 내 산소와 결합한 헤모글로빈 양의 정도를 측정하는 산소포화도 측정 모듈; 제2 센서를 이용하여 상기 피진단자의 체온을 측정하는 체온 측정 모듈; 방사선 검출 모듈, 산소포화도 측정 모듈 및 체온 측정 모듈을 통해 수신된 엑스레이 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 및 체온 측정 데이터를 입력으로 하여 상기 데이터의 분석을 통해 폐질환을 진단하는 제어부를 포함하는 휴대용 폐질환 복합 진단 시스템을 개시한다. 본 발명에 따르면, CXR 영상뿐만 아니라 체온 정보 및 산소포화도 정보를 추가적으로 이용함으로써 폐질환의 오진율을 낮출 수 있다.
Description
본 발명은 체온 & 산소포화도 진단이 가능한 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용한 폐부위 체온측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 체온 및 산소포화도 측정 기능을 갖는 휴대용 엑스레이 촬영 시스템 및 이를 사용하는 방법에 관한 것으로, 복합의 진단 기능을 포함하고 있어서 특정의 폐질환에 관한 증상을 다각적으로 진단할 수 있는 시스템 및 이를 이용하는 폐부위 체온측정방법에 관한 것이다.
최근 감염병인 코로나 19로 인한 폐질환 위험성이 증대됨에 따라 코로나 19 확진자의 중증도에 따라 총 4단계로 구분하여 관리하고 있으나, 무증상 환자의 비율이 높아져 극심한 폐손상으로 인한 사례가 증가함으로 인해 무증상 감염 환자를 조기에 판단할 필요성이 증가하고 있다.
기존의 구강과 비강을 통한 선별검사를 보완하고자 이동형 엑스레이 기기를 이용한 흉부 엑스레이 검사와 함께 산소포화도와 체온 측정값을 동시에 조회하여 무증상 폐렴 환자를 조기 선별할 필요가 있다.
체내에서 열 발생은 체온 상승으로 이어진다. 구강 체온계로 측정 시 38도를 초과하거나 직장 체온계로 측정 시 38도 2분을 초과하면 체온이 높아진 것으로 간주된다.
극심한 체온 상승, 예를 들어 41도를 초과하면, 해가 될 수 있다. 이렇게 높은 체온은 대부분 기관의 기능 부전 및 궁극적인 부전을 일으킬 수 있다. 그러한 극심한 상승은 간혹 매우 심각한 감염으로 인해 발생하지만, 열사병 또는 특정 약물 사용에 의한 경우에 더 흔하게 발생한다.
열을 일으키는 물질을 발열원이라 한다. 발열원은 신체 내부 또는 외부에서 발생될 수 있다. 미생물과 미생물이 생성하는 물질(독소 등)은 신체 외부에서 형성되는 발열원의 예이다. 신체 내부에서 형성되는 발열원은 일반적으로 단핵구와 대식세포(2가지 유형의 백혈구)에 의해 생성된다. 신체 외부의 발열원은 신체에서 스스로 발열원을 배출하도록 자극하거나 체온을 조절하는 뇌 부위에 직접 영향을 미쳐 열을 일으킨다.
감염이 발병의 유일한 원인은 아니다. 열은 염증, 약물 반응, 알레르기 반응, 자가면역 질환(신체에서 자체 조직을 공격하는 비정상 항체를 생성할 때) 및 발견되지 않음 암(특히 백혈병, 림프종 또는 신장암)으로 인해서도 발생될 수 있다.
최근 COVID-19로 명명된 코로나 바이러스로 인한 펜데믹(pnademic) 상황이 이어지고 있다. 코로나 바이러스 감염증 19는 2019년 12월에 중국 후베이성 우한시에서 발생한 집단 폐렴 환자들로부터 발견된 신종 코로나 바이러스인 중증급성호흡기질환 코로나 바이러스에 의해 발생하는 질환으로 비말감염을 통하 높은 전파력을 특징으로 한다.
COVID-19가 빠른 전염세를 보이는 것은 비말을 통해 전파되기 때문인데, 감염자의 기침, 재채기, 혹은 대화할 때 나오는 호흡기 분비물이 사람의 입이나 코에 닿거나, 호흡기를 통해 흡입될 경우 바이러스가 직접 전파된다.
일부 연구결과에서 기존의 COVID-19 진단에 사용되는 실시간 중합효소 연쇄반응 검사(real time reverse transcription polymerase chain reaction, RT-PCR)에서 양성 환자를 음성으로 진단하는 '허위음성(false negative)'이 일부 보고되었다. 이러한 오진으로 인해 추가 감염이 일어날 수 있다.
RT-PCR은 전 세계에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 COVID-19 진단검사이다. 이는 비강 전방에서 호흡기 사료를 채취하여 유전자 증폭 검사를 하는 것으로, 신종코로나 바이러스만이 가지고 있는 유전자 부위를 증폭시켜 확인하는 기법이다. 시료는 환자의 비강 전방에서 채취하는데, 이는 코로나바이러스가 호흡기 바이러스이기 때문에 상부 호흡기인 비강에서 많이 존재하기 때문이다.
그러나 바이러스 감염자로부터 채취한 시료라 할지라도 시료 내에 바이러스가 집적되어 있지 않다면 음성으로 검사되며, 환자의 감염 후 시기에 따라 바이러스가 감소하는 과정에서 양성이나 음성 여부가 명확하지 않은 시점이 존재할 수 있으며, 시료 내에 적절한 양의 바이러스가 집적되어 잇다 하더라도 RT-PCR 과정사에서의 오류로 인하여 잘못된 검사 결과를 낼 수 있다. 이 같은 문제로 인하여 RT-PCR에서 양성으로 진단되는 비율은 60% 정도로 보고되고 있다.
또한, 검사 결과가 나오기까지 약 6시간 이내지만, 시료이송 시간과 다른 검사 건으로 인해 발생하는 대기시간을 고려하면 시료 채취 후 결과 확인까지 1 내지 2일이 소요된다.
흉부 방사선검사(chest Radiography; CXR)는 신속성과 비용, 그리고 선별 진료소에서 운영이 쉽다는 점에서 앞서 언급한 RT-PCR보다 유리한 측면이 있다. 그러나, CXR은 환자의 흉곽 내부의 해부학적 구조물이 겹쳐서 투영되고, 낮은 감도를 나타낸다고 보고되고 있다. 그럼에도 RT-PCR 검사에서 음성 판정을 받은 환자의 9%에 대하여 양성 소견을 발견할 수 있음을 보고하였다. 즉, 감염되었음에도 바이러스가 검출되지 않는 허위 음성을 줄일 수 있는 것인데, 이는 CXR의 중요한 이점으로 생각된다.
최근에는 인공지능(Artificial Intelligence) 기술이 CXR에 접목되어 사람이 아닌 인공지능 알고리즘을 통해 CXR을 판독하여 폐질환을 진단하는 방법이 소개되고 있다. 그리고 최근 다수의 연구진은 심층학습(Deep learning) 방법을 통해 CXR을 통한 COVID-19 검사의 정확도를 개선하고자 하였다. 심층학습 기법은 최근 의료영상 분석의 많은 분야에서 영상의학 전문의를 보조하여 판독시간을 줄이고 높은 판독 정확성을 보이는 기법이다.
KR 등록 특허 제10-2040543호는 이동형 엑스레이 촬영장치에 관한 것으로, 엑스선 방사모듈과 방사선 검출 모듈을 정렬하기 위한 정렬 가이드 광원부 및 정렬가이드 광검출부를 포함하는 구성을 특징으로 한다. 그러나 CXR에만 의존하여 폐질환을 진단하는 데는 한계가 있기 때문에, CXR 영상의 신뢰도를 높일 수 있도록 폐질환에 수반되는 여러 증상을 함께 진단할 수 있는 복합 기능을 갖는 휴대용 장치에 관한 수요가 있을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 폐질환 진단에 사용되는 CXR 장비의 기능성을 확장하여 환자의 산소포화도 및 체온을 측정할 수 있는 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용하는 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 적은 비용과 적은 시간을 들여 폐질환을 진단할 수 있는 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용하는 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 폐질환 진단에 적합한 체온 측정 기능을 갖는 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용하는 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 폐질환 복합 진단 시스템은, 하우징의 중앙에 배치된 투사창을 통해, 별도로 마련된 방사선 검출 모듈로 CXR 촬영에 필요한 엑스선을 방사하는 휴대형 엑스선 방사모듈; 제1 센서를 이용하여 피진단자의 혈액 내 산소와 결합한 헤모글로빈 양의 정도를 측정하는 산소포화도 측정 모듈; 제2 센서를 이용하여 상기 피진단자의 체온을 측정하는 체온 측정 모듈; 및 방사선 검출 모듈, 산소포화도 측정 모듈 및 체온 측정 모듈을 통해 수신된 엑스레이 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 및 체온 측정 데이터를 입력으로 하여 상기 데이터의 분석을 통해 폐질환을 진단하는 제어부를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 통합 포터블 엑스레이 기기는, 제1 센서로부터 모바일 통신을 통해 산소포화도 측정 데이터를 수신하는 통신 장치를 더 포함하고, 제어부는, 제1 센서를 통해 수집되고, 모바일 통신을 통해 수신한 상기 산소포화도 측정 데이터를 이용하여 산소포화도 출력하도록 상기 산소포화도 측정 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 통합 포터블 엑스레이 기기는, 제2 센서로부터 모바일 통신을 통해 체온 측정 데이터를 수신하는 통신 장치를 더 포함하고, 제어부는, 제2 센서를 통해 수집되고, 모바일 통신을 통해 수신한 상기 체온 측정 데이터를 이용하여 피진단자의 체온을 측정하도록 상기 체온 측정 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 제2 센서를 통해 측정된 피진단자의 들숨의 온도 데이터 및 날숨의 온도 데이터에 기반하여, 피진단자의 폐 부위의 체온에 관한 정보를 출력하도록 상기 체온 측정 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 체온 측정 모듈은, 제2 센서에 의해 공기의 온도에 기반하여 수집된 들숨의 온도 데이터를 이용하고, 들숨과 반대되는 날숨의 공기 흐름의 방향 감지를 통해 측정된 날숨의 온도 데이터를 이용하도록 구성될 수 있다.
또한, 통합 포터블 엑스레이 기기는, 들숨과 날숨의 최대 온도 차이가 측정될 수 있게 하는 온도로 들숨에 필요한 공기의 온도를, 온도 조절 장치를 이용하여 조절하는 상기 제2 센서를 더 포함하고, 제어부는, 온도가 조절된 공기를 이용하여 측정된 들숨 및 날숨의 온도 데이터를 이용하여 피진단자의 폐 부위의 체온에 관한 정보를 출력하도록 상기 체온 측정 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 미리 수집된, 피진단자의 폐 부위의 체온 정보, 피진단자의 산소포화도 정보 및 피진단자의 엑스레이 영상에 나타난 폐침윤 정보를 포함하는 학습 데이터 셋을 기반으로 하는 폐질환 진단 방법을 학습하게 훈련된 인공 신경망 모델을 이용하여 폐질환을 진단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기를 이용한 진단 방법은, 진단 대상에 해당하는 폐질환에 걸린 환자의 CXR 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터 및 체온 측정 데이터를 수집하는 단계; 수집된 상기 데이터를 이용하여 학습 데이터 셋을 생성하는 단계; 학습 데이터 셋을 이용하여 폐질환 진단의 학습 모델을 훈련시키는 단계; 및 방사선 검출 모듈, 산소포화도 측정 모듈 및 체온 측정 모듈을 통해 수신된 엑스레이 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 및 체온 측정 데이터를 입력으로 하는 상기 학습 모델을 이용하여 폐질환을 진단하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, CXR 영상뿐만 아니라 체온 정보 및 산소포화도 정보를 추가적으로 이용함으로써 폐질환의 오진율을 낮출 수 있다.
또한, 체온을 신체 내부에서 측정함으로써 폐질환 환자의 정확한 체온 측정이 가능하다.
또한, 밀접한 관련이 있는 진단 기능을 추가함으로써 휴대용 엑스레이 촬영 장치의 기능성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 시스템의 네트워크 관계도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체온 측정 모듈의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기를 이용한 진단 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체온 측정 모듈의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기를 이용한 진단 방법의 흐름도이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 폐질환 복합 진단 장치는 종래 기술에 따른 휴대용 CXR 촬영 장치에, 폐질환 진단에 이용되는 체온 측정 및 산소포화도 측정 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐질환 복합 진단 시스템의 네트워크 관계도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 시스템(10)은, 체온 & 산소포화도 진단이 가능한 통합 포터블 엑스레이 기기(이하, 통합 포터블 엑스레이 기기)(100), 제1 센서(180), 제2 센서(190), 제어 단말기(300), 서버(400) 및 네트워크(500)를 포함하도록 구성될 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 엑스레이 촬영 기능 외에 산소포화도 측정 및 체온 측정 기능을 이용하여, 폐질환을 진단하는 기능을 수행할 수 있다. 통합 포터블 엑스레이 기기(100)의 제어 기능 및 네트워크 접속 기능은, 제어 단말기(300)를 통해 확장될 수 있다. 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 모바일 통신을 통해 제1 센서(180) 및 제2 센서(190)로부터 측정 데이터를 수신할 수 있다.
제1 센서(180)는, 산소포화도 측정 모듈(150)에 대응하는 구성요소로서, LED 모듈을 이용하여 측정 광을 발하고, 이를 수집하고, 발광 데이터 및 수광 데이터에 관한 정보를 통합 포터블 엑스레이 기기(100)로 송신하는 기능을 수행할 수 있다.
제2 센서(180)는, 체온 측정 모듈(160)에 대응하는 구성요소로서, 온도 측정 소자(191)를 이용하여 신체 및 공기의 온도를 측정하고, 들숨의 온도를 조절하고, 수집된 측정 데이터를 통합 포터블 엑스레이 기기(100)로 송신하는 기능을 수행할 수 있다.
제어 단말기(300)는, 통합 포트블 엑스레이 기기(100)의 컴퓨터 프로그램 제어 및 네트워크를 확장시키는 기능을 한다. 관리자는, 제어 단말기(300)를 이용하여 네트워크(500)를 통해 통합 포터블 엑스레이 기기(100)를 제어할 수 있고, 서버(400)에도 접속할 수 있다.
서버(400)는, 하나 이상의 하드웨어 서버 및 소프트웨어 서버를 포함할 수 있다. 서버(400)는, 통합 포터블 엑스레이 기기(100) 및 제어 단말기(300)에 각종 서비스, 예를 들어 웹 서비스, 애플리케이션 서비스, 파일 서비스, 클라우드 서비스, 및 인공지능 알고리즘 관련 API 서비스 등을 제공할 수 있다.
네트워크(500)는 유선 및 무선 네트워크, 예를 들어 시리얼 통신, LAN(local area network), WAN(wide area network), 인터넷(internet), 인트라넷(intranet) 및 엑스트라넷(extranet), 그리고 모바일 네트워크, 예를 들어 셀룰러, 3G, LTE, WiFi 네트워크, 애드혹 네트워크 및 이들의 조합을 비롯한 임의의 적절한 통신 네트워크 일 수 있다.
네트워크(500)는 허브, 브리지, 라우터, 스위치 및 게이트웨이와 같은 네트워크 요소들의 연결을 포함할 수 있다. 네트워크(500)는 인터넷과 같은 공용 네트워크 및 안전한 기업 사설 네트워크와 같은 사설 네트워크를 비롯한 하나 이상의 연결된 네트워크들, 예컨대 다중 네트워크 환경을 포함할 수 있다. 네트워크(500)에의 액세스는 하나 이상의 유선 또는 무선 액세스 네트워크들을 통해 제공될 수 있다.
제어 단말기(300)는 5G 네트워크를 통해 서버(400)와 데이터를 전송하고 수신할 수 있다. 예를 들어 제어 단말기(300)는 5G 네트워크를 통해 모바일 브로드밴드(Enhanced Mobile Broadband, eMBB), URLLC(Ultra-reliable and low latency communications) 및 mMTC(Massive Machine-type communications) 중에서 적어도 하나의 서비스를 이용하여 서버(400)와 데이터 통신을 할 수 있다.
eMBB(Enhanced Mobile Broadband)는 모바일 브로드밴드 서비스로, 이를 통해 멀티미디어 콘텐츠, 무선데이터 액세스 등이 제공된다. 또한, 폭발적으로 증가하고 있는 모바일 트래픽을 수용하기 위한 핫스팟 (hot spot)과 광대역 커버리지 등 보다 향상된 모바일 서비스가 eMBB를 통해 제공될 수 있다. 핫스팟을 통해 사용자 이동성이 작고 밀도가 높은 지역으로 대용량 트래픽이 수용될 수 있다. 광대역 커버리지를 통해 넓고 안정적인 무선 환경과 사용자 이동성이 보장될 수 있다.
URLLC(Ultra-reliable and low latency communications) 서비스는 데이터 송수신의 신뢰성과 전송 지연 측면에서 기존 LTE 보다 훨씬 엄격한 요구사항을 정의하고 있으며, 산업 현장의 생산 프로세스 자동화, 원격 진료, 원격 수술, 운송, 안전 등을 위한 5G 서비스가 여기에 해당한다.
mMTC(Massive Machine-type communications)는 비교적 적은 양의 데이터 전송이 요구되는 전송지연에 민감하지 않은 서비스이다. 센서 등과 같이 일반 휴대전화 보다 훨씬 더 많은 수의 단말들이 동시에 무선액세스 네트워크에 mMTC에 의해 접속할 수 있다. 이 경우, 단말의 통신모듈 가격은 저렴해야 하고, 배터리 교체나 재충전 없이 수년 동안 동작할 수 있도록 향상된 전력 효율 및 전력 절감 기술이 요구된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 제어부(110), 사용자 인터페이스(130), 엑스선 방사 모듈(140), 산소포화도 측정 모듈(150), 체온 측정 모듈(160), 통신 장치(170), 제1 센서(180) 및 제2 센서(190)를 포함하도록 구성될 수 있다.
사용자 인터페이스(130)는, 엑스선 방사 모듈(140)에 의한 엑스선 촬영, 산소포화도 측정 모듈(150)에 의한 산소포화도 정보의 표시, 체온 측정 모듈(160)에 의한 체온 정보의 표시를 위한 LCD 모니터, 입력 패널 등을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 센서로부터 모바일 통신을 통해 산소포화도 측정 데이터를 수신하는 통신 장치를 더 포함하고,
제어부(110)는, 제1 센서(180)를 통해 수집되고, 모바일 통신을 통해 수신한 산소포화도 측정 데이터를 이용하여 산소포화도 출력하도록 산소포화도 측정 모듈(150)을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)는, 제2 센서(190)를 통해 수집되고, 모바일 통신을 통해 수신한 체온 측정 데이터를 이용하여 피진단자의 체온을 측정하도록 체온 측정 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)는, 제2 센서를 통해 측정된 피진단자의 들숨의 온도 데이터 및 날숨의 온도 데이터에 기반하여, 피진단자의 폐 부위의 체온에 관한 정보를 출력하도록 상기 체온 측정 모듈을 제어할 수 있다.
체온 측정 모듈(160)은, 제2 센서(190)에 의해 공기의 온도에 기반하여 수집된 들숨의 온도 데이터를 이용하고, 들숨과 반대되는 날숨의 공기 흐름의 방향 감지를 통해 측정된 날숨의 온도 데이터를 이용하도록 구성될 수 있다.
제2 센서(190)는, 들숨과 날숨의 최대 온도 차이가 측정될 수 있게 하는 온도로 들숨에 필요한 공기의 온도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 그리고 제어부(110)는, 온도가 조절된 공기를 이용하여 측정된 들숨 및 날숨의 온도 데이터를 이용하여 피진단자의 폐 부위의 체온에 관한 정보를 출력하도록 체온 측정 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)는, 미리 수집된, 피진단자의 폐 부위의 체온 정보, 피진단자의 산소포화도 정보 및 피진단자의 엑스레이 영상에 나타난 폐침윤 정보를 포함하는 학습 데이터 셋을 기반으로 하는 폐질환 진단 방법을 학습하게 훈련된 인공 신경망 모델을 이용하여 폐질환을 진단하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기의 예시도이다.
도 3을 참조하면, 통합 포터블 엑스레이 기기(100)의 엑스선 방사 모듈(140)과 관련된 통합 포터블 엑스레이 시스템(10)의 구성요소가 묘사되어 있다. 통합 포터블 엑스레이 시스템(10)은, 통합 포터블 엑스레이 기기(100), 방사선 검출 모듈(200), 및 제어 단말기(300)를 포함하도록 구성될 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 휴대가 가능하며 손으로 파지할 수 있게 형성된 하우징(121)의 중앙에 돌출되게 연장된 경통(123) 내에 마련된 투사창(122)을 통해 엑스선을 방사하도록 구성될 수 있다. 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 전원키(124), 촬영키(125), 및 정렬가이드 광원(126)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
방사선 검출 모듈(200)은 판형으로 형성되고, 통합 포터블 엑스레이 기기(100)에서 방사되는 엑스선을 검출할 수 있도록 구성된다. 방사선 검출 모듈(200)은, 엑스선 검출부(210), 정렬가이드광 검출부(220), 및 메인 패널(230)을 포함하도록 구성될 수 있다.
엑스선 검출부(210)는 메인 패널(230)에 수신된 엑스선을 검출하는 기능을 수행할 수 있다. 정렬가이드광 검출부(220)는 정렬가이드 광원(126)에서 방사된 정렬가이드광을 검출하여 통합 포터블 엑스레이 기기(100)와 방사선 검출 모듈(200)을 정렬시키는 기능을 수행할 수 있다.
제어 단말기(300)는, 통합 포터블 엑스레이 기기(100)로부터 송신된 촬상대기신호를 수신하고, 이 촬상대기신호를 방사선 검출 모듈(200)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어 단말기(300)는, 컴퓨터 프로그램을 이용하여 통합 포터블 엑스레이 기기(100)의 제어부(110)를 제어하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는 응급환자를 이송하는 앰블런스 즉 구급차에서 이용될 수 있고, 이 경우 환자용 베드(50)에 방사선 검출모듈(200)이 이동가능하게 수용될 수 있는 수용홈(52)이 형성된 구조가 적용될 수 있다. 이 경우 베드(50)는 레이저광의 통과를 허용할 수 있는 투명소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는 산소포화도 측정 모듈(150)을 포함하도록 구성될 수 있다.
산소 포화도 측정 모듈(150)은 제1 센서(180)로부터 수신한 측정 데이터를 이용하여, 산소 포화도 값을 연산하고, 사용자 인터페이스(130)를 통해 산소 포화도 값을 출력할 수 있다.
폐질환에 감염되게 되면 폐 조직의 손상으로 인해 혈액 속의 산소 농도가 늦아질 수 있다. 혈액 내의 헤모글로빈이 운반하고 있는 산소의 비율을 나타내는 값으로 산소포화도가 있다.
산소포화도란, 혈액 속에서 헤모글로빈과 결합된 산소량의 최대치를 백분율로 나타낸 수치다. 쉽게 말해 혈액 속 산소의 농도를 말한다. 일반적으로 95~100%의 값을 지니며 90% 이하면 저산소혈증으로 주의 상태를 의미한다.
산소포화도는, 환자의 손가락, 귓볼 등을 통해 측정될 수 있다. 폐질환 환자의 상태가 중증일수록 산소포화도가 낮아질 수 있다.
산소포화도는 이론적으로 폐 감염이 폐실질을 어느 정도 침범했는지, 유용한 심폐 기능이 어느 정도 남아 있는지를 측정할 수 있는 지표로서 폐 감염의 중증도를 예측할 수 있다. 동물시험에서 산소포화도는 인플루엔자 감염시 폐 병리의 중증도 및 생존을 예측하고, 숙주의 면역 또는 항바이러스제에 의해 바이러스의 감소를 예측하는 지표이다.
또한 약 3000명의 폐렴 환자를 대상으로 수행한 연구에서 산소 포화도는 외래에서 환자를 치료할지, 입원해서 치료할지를 결정할 때 유용하다는 결과가 있다. 무엇보다 산소포화도는 비침습적으로 환자가 자가 격리시에도 집에도 쉽게 측정할 수 있고 자가 모니터링 소형 기구도 정밀도가 비교적 좋다는 장점이 있다.
혈중 산소 포화도와 호흡률을 통해 신종 코로나바이러스 감염증(코로나 19) 환자들의 위험 정도를 가늠할 수 있다는 연구 결과가 미국에서 공개됐다.
적혈구 속의 헤모글로빈은 폐포에서 산소와 결합해서 산소를 필요로 하는 각종 장기, 예를 들어 뇌로 산소를 옮기는 역할을 한다. 산소와 결합한 헤모글로빈은 적외선(940nm)을 더 잘 흡수하고, 산소와 결합하지 않은 환원헤모글로빈은 적색광(660nm)을 더 흡수하는 성질을 갖는다.
광발생기에서 적외선과 적색광을 방사한다. 손가락 끝을 통과한 빛은 검출기에서 검출된다. 혈액에 충분한 산소가 많이 있다면, 산소와 결합한 헤모글로빈이 상대적으로 많게 된다. 광발생기에서 방사된 적외선이 혈관을 통과하면서 대부부 흡수되어 검출기에는 적외선이 검출되지 않게 된다.
혈액 내 산소량을 알기 위해서 피를 직접 뽑아서 검사할 수도 있지만 계속 관찰해야 하는 경우는 채혈을 자주하는 것이 번거롭기 때문에 이런 방법으로 실시간 혈액내 산소포화도가 측정될 수 있다.
서로 다른 파장대의 두 개의 광원, 예를 들어 940nm의 적외선과 660nm의 적색광을 동맥 혈관이 분포된 인체의 피부에 투사하면, 동맥 혈관에 흡수된 빛의 비율을 제1 센서(180)가 측정한다.
동맥 혈관으로는 동맥 혈이 흐르는데, 동맥 혈은 헤모글로빈을 포함하고, 헤모글로빈은 산소와 결합된 헤모글로빈(oxygen Hb)과, 산소와 결합하지 않은 헤모글로본(deoxygen Hb)을 포함하고 있다. 여기서, 산소와 결합된 헤모글로빈과 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈은 빛의 파장에 따라 흡수 정도가 다른데, 산소와 결합된 헤모글로빈은 적외선을 더 많이 흡수하고, 산소와 결합하지 않은 헤모글로빈은 적색광을 더 많이 흡수하는 성질이 있다.
2개의 다른 성질의 헤모글로빈에 의해 흡수된 빛의 차이(흡광도)는 산소화된 헤모그로빈과 산소화되지 않은 헤모그로빈의 분포 비율에 해당한다.
제1 센서(180)는 발광부 및 수광부를 포함하도록 구성될 수 있다. 발광부는 파장 940nm의 적외선을 발하는 LED, 및 파장 660nm의 적색광을 발하는 LED를 포함하고, 수광부는 동맥 혈관의 헤모글로빈에 의해 흡수되고 남은 광의 양을 측정하는 포토다이오드를 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 센서(180)와 장치(100)는 모바일 통신이 가능하도록 구성될 수 있다. 제1 센서(180)는 발광부에 의해 출력된 빛과 수광부에 의해 흡수된 빛에 대한 데이터를 모바일 통신을 통해 통합 포터블 엑스레이 기기(100)에 전송할 수 있다. 이 때 사용되는 모바일 통신에는, Wi-Fi와 같은 무선랜 및 블루투스와 같은 근거리 통신이 포함될 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기(100)는 통신 장치(170)를 이용하여 발광부 및 수광부의 빛에 대한 데이터를 수신하고, 이들 데이터에 기반하여 산소포화도 측정 모듈(150)을 이용하여 산소포화도 값을 연산할 수 있다. 연산된 산소포화도 값은 사용자 인터페이스(130), 예를 들어 LCD 모니터를 통해 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는 체온 측정 모듈(160)을 포함하도록 구성될 수 있다.
코로나 19를 포함하여, 폐질환은 인체에 발열을 수반 시키는 경우가 많다. 발열의 원인은, 폐 조직에서 발생한 염증에 의한 것으로 바이러스에 대응하는 백혈구의 작용에 의해 조직 세포에서 열이 발생하게 된다.
종래 기술에 따르면 피부적외선체온계, 귀적외선체온계, 및 전자체온계를 이용하여 폐질환 환자의 체온이 측정될 수 있다. 피부적외선체온계와 귀적외선체온계는 적외선 센서를 이용하는 점에서 서로 유사한 구성을 갖는다. 전자체온계는 열에 민감한 반도체의 온도 변화를 이용해 겨드랑이, 구강, 항문 부위의 체온을 측정하는 접촉식 온도측정기이다. 그런데 전자체온계의 단점은 측정 부위에 수분이 있을 경우 측정에 오차가 발생할 수 있다는 점이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는 폐질환으로 인한 발열원에 해당하는 폐를 직접적인 대상으로 하면서, 구강 또는 비강을 통해 간접적으로 체온을 측정하는 것을 특징으로 한다.
인간은 폐에 산소를 공급하기 위해 호흡을 한다. 호흡 과정은 산소를 들이 마시는 들숨과 이산화탄소를 내뱄는 날숨 과정으로 구성된다. 들숨과 날숨의 성분을 분석해 보면, 들숨은 날숨에 비해 산소 성분을 많이 포함하고, 날숨은 들숨에 비해 이산화탄소 성분을 많이 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 성분의 차이는 호흡의 작용에 의한 당연한 결과에 해당한다.
들숨과 날숨의 차이로, 잘 거론되지 않는 것 중의 하나가 들숨과 날숨의 온도 차이다. 들숨과 날숨의 온도를 측정할 경우, 폐포를 거치기 전의 들숨과 폐포를 거친 후의 날숨의 온도는 미세 범위에서 차이가 발생할 수 있다. 그런데, 폐질환에 걸린 환자의 들숨과 날숨을 측정할 경우에는 그 온도차는 더 커질 수 있다. 그 이유는 폐질환으로 인해 폐조직의 온도가 정상인 때와 비교하여 높아져 있기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 체온 측정 모듈의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 다른 체온 측정 모듈(160)은, 제2 센서(190)로부터 수신한 측정 데이터를 이용하여 폐 조직의 체온을 측정할 수 있다.
제2 센서(190)는 공기의 온도를 측정할 수 있는 소자(191)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 센서(190)는, 열전 온도계의 구성요소로서, 두 가지 서로 다른 금속선이 접속되어 있어서, 두개의 접점온도가 다르면 미세한 전기를 발생시키는 열전대를 포함하도록 구성될 수 있다.
금속선이나 반도체 등의 전기 저항은 온도에 따라 변할 수 있는데, 전기 저항 값을 측정하여 온도로 변환하는 전항 온도계의 구성요소로서 백금선, 니켈선, 동선 및 서미스터 등이 사용되며, 제2 센서(190)는 이 중에서 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 제2 센서(190)는 들숨 온도 조절 모듈(192)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 들숨 온도 조절 모듈(192)은, 발열 소자 또는 열전 소자를 이용하여 들숨의 온도를 공기의 온도보다 높거나 낮게 조절할 수 있다. 들숨의 온도를 조절함으로써, 들숨과 날숨의 온도 차이를 가시화될 수 있도록 높일 수 있다.
또한, 제2 센서(190)는 통신 장치(193)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 센서(190)는, 통신 장치(193)를 통해 수집한 들숨 및 날숨의 온도 데이터를 통합 포터블 엑스레이 기기(100)에 송신할 수 있다.
체온 측정 모듈(160)은 들숨 및 날숨 선별 모듈(161), 들숨 및 날숨 온도 산출 모듈(162), 데이터베이스(163) 및 폐 부위 체온 산출 모듈(164)을 포함하도록 구성될 수 있다.
들숨 및 날숨 선별 모듈(161)은 실시간 측정된 들숨 및 날숨이 혼합된 온도 데이터를 이용하여, 들숨 구간과 날숨 구간을 선별하는 기능을 한다. 수집된 온도 데이터에는 들숨 및 날숨 시의 피크 구간이 형성된다. 즉, 들숨 구간에서 최저 피크가, 날숨 구간에서 최대 피크가 생성되면서, 연속되는 들숨 및 날숨에 따라 서로 다른 크기의 연속된 피크가 발생된다. 들숨 및 날숨 선별 모듈(161)은 원본 데이터와, 원본 데이터에서 필터링된 데이터의 차이를 이용하여 데이터를 정규화하고, 정규화된 데이터를 이용하여 피크가 발생한 구간을 기준으로 상승 피크 구간을 날숨 구간으로, 하강 피크 구간을 날숨 구간으로 선별할 수 있다.
들숨 및 날숨 온도 산출 모듈(162)은, 들숨 구간과 날숨 구간을 구별하여 각 구간 별로 숨의 온도를 측정하고, 측정된 복수 값의 평균 값을 이용하여 들숨의 온도와 날숨의 온도를 산출할 수 있다.
데이터베이스(163)는, 들숨의 온도 및 들숨과 날숨의 온도차에 따른 폐 부위 온도에 관한 데이터를 저장하고 있다.
폐 부위 체온 산출 모듈(164)은 데이터베이스(163)를 기반으로, 수집된 들숨의 온도 데이터, 들숨과 날숨의 온도차에 관한 데이터를 이용하여 환자의 폐 부위 체온을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 도 2에 표시된 엑스선 방사 모듈(140)에 의한 엑스레이 촬영 기능, 산소포화도 측정 모듈(150)에 의한 산소포화도 측정 기능, 및 체온 측정 모듈(160)에 의한 폐 부위의 체온 측정 기능을 독립적으로 수행하면서도, 3가지 기능에 의한 결과를 종합적으로 판단하여 환자의 폐질환을 진단하도록 구성될 수 있다. 이하 통합 포터블 엑스레이 기기(100)를 이용한 진단 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 포터블 엑스레이 기기를 이용한 진단 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 통합 포터블 엑스레이 기기를 이용한 진단 방법(S100)은, 학습을 통해 미리 마련된 폐질환 진단 모델에 의해 수행되는 방법으로서, 포터블 엑스레이 기기(100)를 통해 촬영된 CXR 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 및 체온 측정 데이터가 입력으로 이용될 수 있다. 그리고 폐질환의 중증 정도에 따라 환자의 호흡 횟수에 관한 데이터가 추가 입력으로 이용될 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기를 이용한 진단 방법(S100)은, 학습 데이터 셋으로 사용될 데이터를 수집하는 단계(S100), 수집된 데이터를 이용하여 학습 데이터 셋을 생성하는 단계(S120), 학습 데이터 셋을 이용하여 학습을 통해 진단 모델을 훈련시키는 단계(S130) 및 학습된 진단 모델을 통해, 측정된 데이터를 이용하여 환자의 폐질환 여부를 진단하는 단계(S140)를 포함하도록 구성될 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기(100)는 진단 대상에 해당하는 폐질환에 걸린 환자의 CXR 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터 및 체온 측정 데이터를 수집할 수 있다. 수집된 각종 데이터는 서버(400)에 의해 최종적으로 저장될 수 있다. 데이터 관리자는 제어 단말기(300)를 이용하여 서버(400)에 접속하여 서버(400)가 수집된 데이터를 처리하게 할 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 수집된 상기 데이터를 이용하여 학습 데이터 셋을 생성할 수 있다(S120). 데이터 관리자는 제어 단말기(300)를 이용하여 서버(400)에 접속한 상태에서, 서버(400) 제어를 통해 수집된 데이터를 이용하여 학습 데이터 셋을 생성하게 할 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 학습 데이터 셋을 이용하여 폐질환 진단의 학습 모델을 훈련시킬 수 있다(S130).
본 발명의 일 실시 예에 따른 폐질환 진단의 학습 모델로서 인공지능 모델이 이용될 수 있다.
인공 지능(artificial intelligence, AI)은 인간의 지능으로 할 수 있는 사고, 학습, 자기계발 등을 컴퓨터가 할 수 있도록 하는 방법을 연구하는 컴퓨터 공학 및 정보기술의 한 분야로, 컴퓨터가 인간의 지능적인 행동을 모방할 수 있도록 하는 것을 의미한다.
머신 러닝(machine learning)은 인공지능의 한 분야로, 컴퓨터에 명시적인 프로그램 없이 배울 수 있는 능력을 부여하는 연구 분야이다.
머신 러닝, 즉 기계 학습에서 데이터를 어떻게 분류할 것인가를 놓고, 많은 기계 학습 알고리즘이 개발되었다. 의사결정나무(Decision Tree)나 베이지안 망(Bayesian network), 서포트벡터머신(SVM: support vector machine), 그리고 인공 신경망(ANN: Artificial Neural Network) 등이 대표적이다.
인공 신경망은 생물학적 뉴런의 동작원리와 뉴런간의 연결 관계를 모델링한 것으로 노드(node) 또는 처리 요소(processing element)라고 하는 다수의 뉴런들이 레이어(layer) 구조의 형태로 연결된 정보처리 시스템이다.
인공 신경망은 기계 학습에서 사용되는 모델로써, 기계학습과 인지과학에서 생물학의 신경망(동물의 중추신경계 중 특히 뇌)에서 영감을 얻은 통계학적 학습 알고리즘이다.
구체적으로 인공 신경망은 시냅스(synapse)의 결합으로 네트워크를 형성한 인공 뉴런(노드)이 학습을 통해 시냅스의 결합 세기를 변화시켜, 문제 해결 능력을 가지는 모델 전반을 의미할 수 있다.
인공 신경망은 복수의 레이어(layer)를 포함할 수 있고, 레이어들 각각은 복수의 뉴런(neuron)을 포함할 수 있다. 또한 인공 신경망은 뉴런과 뉴런을 연결하는 시냅스를 포함할 수 있다.
인공 신경망은 일반적으로 다음의 세가지 인자, 즉 (1) 다른 레이어의 뉴런들 사이의 연결 패턴 (2) 연결의 가중치를 갱신하는 학습 과정 (3) 이전 레이어로부터 수신되는 입력에 대한 가중 합으로부터 출력값을 생성하는 활성화 함수에 의해 정의될 수 있다.
인공 신경망은, DNN(Deep Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), BRDNN(Bidirectional Recurrent Deep Neural Network), MLP(Multilayer Perceptron), CNN(Convolutional Neural Network)과 같은 방식의 네트워크 모델들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
심층 학습(deep learning; DL)은 많은 양의 데이터를 이용하여 병변의 영상 특징을 학습시키는 과정이다. 여기서 학습이란 인공신경망의 판정과 사전에 입력된 정답(labeling)을 비교하여 깊게(deep) 쌓인 인공신경망의 각 층에서의 가중치를 수정해나가는 과정을 의미한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른, 폐질환 진단의 학습 모델은 CNN 네트워크 모델을 포함하도록 구성될 수 있다. CNN 네트워크 모델은, CXR 영상 데이터를 입력으로 받아, 입력된 CXR 영상에서 특징을 추출하고, 추출된 특징을 학습하는 방법으로 훈련될 수 있다. CXR 영상 데이터에서 효과적인 특징이 추출될 수 있도록, CXR 원본 영상을 대상으로 폐 조직에 해당하는 부위를 분할하는 사전 처리가 수행될 수 있다.
학습에 이용되는 학습 데이터 셋은, 정상인의 CXR 영상 데이터, 코비드-19 확진자의 CXR 영상 데이터 및 기타 폐질환 환자의 CXR 영상 데이터를 포함하도록 구성될 수 있다. 학습 데이터 셋을 구성하는 각 데이터에는 해당 라벨이 붙여진 상태에서 진단 모델의 학습에 이용될 수 있다.
CNN 네트워크 모델은, 정상인의 CXR 영상 데이터, 코비드-19 확진자의 CXR 영상 데이터 및 기타 폐질환 환자의 CXR 영상 데이터 별로, 특징을 분석하고, 분석된 결과를 학습을 통해 훈련함으로써, 입력 받은 테스트 CXR 영상 데이터를, 3가지 카테고리 중의 하나로 분류할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 폐질환 진단의 학습 모델은, CXR 영상 데이터를 이용한 훈련과 더불어, CXR 영상 데이터가 촬영된 환자 또는 정상인으로부터 측정된 체온 데이터, 즉 폐 부위를 직접 대상으로 측정된 폐 부위의 데이터, 산소포화도 데이터 및 일정 시간 동안의 호흡 수에 관한 데이터를 추가 학습 데이터 셋으로 이용하여 훈련될 수 있다.
전체 4가지의 데이터, 즉 CXR 영상 데이터, 체온 데이터, 산소포화도 데이터 및 호흡 수 데이터에 곱해지는 가중치는, 환자의 나이 및 기저질환의 유무에 따라 서로 다르게 책정될 수 있다.
통합 포터블 엑스레이 기기(100)는, 방사선 검출 모듈, 산소포화도 측정 모듈 및 체온 측정 모듈을 통해 수신된 엑스레이 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 체온 측정 데이터, 및 호흡 수 데이터를 입력으로 하는 상기 학습 모델을 이용하여 폐질환을 진단할 수 있다(S140).
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, CXR 영상뿐만 아니라 체온 정보 및 산소포화도 정보를 추가적으로 이용함으로써 폐질환의 오진율을 낮출 수 있다.
또한, 체온을 신체 내부에서 측정함으로써 폐질환 환자의 정확한 체온 측정이 가능하다.
또한, 밀접한 관련이 있는 진단 기능을 추가함으로써 휴대용 엑스레이 촬영 장치의 기능성이 향상될 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10: 통합 포터블 엑스레이 시스템, 100: 통합 포터블 엑스레이 기기
110: 제어부, 121: 하우징
122: 투사창, 123: 경통
124: 전원키, 125: 촬영키
126: 정렬가이드 광원, 130: 사용자 인터페이스
140: 엑스선 방사 모듈, 150: 산소포화도 측정 모듈
160: 체온 측정 모듈, 170: 통신 장치
180: 제1 센서, 190: 제2 센서
192: 들숨 온도 조절 장치, 200: 방사선 검출 모듈
300: 제어 단말기,
110: 제어부, 121: 하우징
122: 투사창, 123: 경통
124: 전원키, 125: 촬영키
126: 정렬가이드 광원, 130: 사용자 인터페이스
140: 엑스선 방사 모듈, 150: 산소포화도 측정 모듈
160: 체온 측정 모듈, 170: 통신 장치
180: 제1 센서, 190: 제2 센서
192: 들숨 온도 조절 장치, 200: 방사선 검출 모듈
300: 제어 단말기,
Claims (8)
- 하우징의 중앙에 배치된 투사창을 통해, 별도로 마련된 방사선 검출 모듈로 CXR 촬영에 필요한 엑스선을 방사하는 엑스선 방사모듈;
제1 센서를 이용하여 피진단자의 혈액 내 산소와 결합한 헤모글로빈 양의 정도를 측정하는 산소포화도 측정 모듈;
제2 센서를 이용하여 상기 피진단자의 체온을 측정하는 체온 측정 모듈; 및
상기 방사선 검출 모듈, 산소포화도 측정 모듈 및 체온 측정 모듈을 통해 폐질환 진단의 기반이 되는, 엑스레이 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 및 체온 측정 데이터를 수집하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 상기 제2 센서를 통해 측정된 피진단자의 들숨의 온도 데이터 및 날숨의 온도 데이터에 기반하여, 피진단자의 폐 부위의 체온에 관한 정보를 출력하도록 상기 체온 측정 모듈을 제어하도록 구성되는,
통합 포터블 엑스레이 기기. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 센서로부터 모바일 통신을 통해 산소포화도 측정 데이터를 수신하는 통신 장치를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 센서를 통해 수집되고, 모바일 통신을 통해 수신한 상기 산소포화도 측정 데이터를 이용하여 산소포화도 출력하도록 상기 산소포화도 측정 모듈을 제어하는,
통합 포터블 엑스레이 기기. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 센서로부터 모바일 통신을 통해 체온 측정 데이터를 수신하는 통신 장치를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제2 센서를 통해 수집되고, 모바일 통신을 통해 수신한 상기 체온 측정 데이터를 이용하여 피진단자의 체온을 측정하도록 상기 체온 측정 모듈을 제어하는,
통합 포터블 엑스레이 기기. - 삭제
- 하우징의 중앙에 배치된 투사창을 통해, 별도로 마련된 방사선 검출 모듈로 CXR 촬영에 필요한 엑스선을 방사하는 엑스선 방사모듈;
제1 센서를 이용하여 피진단자의 혈액 내 산소와 결합한 헤모글로빈 양의 정도를 측정하는 산소포화도 측정 모듈;
제2 센서를 이용하여 상기 피진단자의 체온을 측정하는 체온 측정 모듈; 및
상기 방사선 검출 모듈, 산소포화도 측정 모듈 및 체온 측정 모듈을 통해 폐질환 진단의 기반이 되는, 엑스레이 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 및 체온 측정 데이터를 수집하는 제어부를 포함하되,
상기 체온 측정 모듈은,
상기 제2 센서에 의해 공기의 온도에 기반하여 수집된 들숨의 온도 데이터를 이용하고, 들숨과 반대되는 날숨의 공기 흐름의 방향 감지를 통해 측정된 날숨의 온도 데이터를 이용하도록 구성되는,
통합 포터블 엑스레이 기기. - 하우징의 중앙에 배치된 투사창을 통해, 별도로 마련된 방사선 검출 모듈로 CXR 촬영에 필요한 엑스선을 방사하는 엑스선 방사모듈;
제1 센서를 이용하여 피진단자의 혈액 내 산소와 결합한 헤모글로빈 양의 정도를 측정하는 산소포화도 측정 모듈;
제2 센서를 이용하여 상기 피진단자의 체온을 측정하는 체온 측정 모듈; 및
상기 방사선 검출 모듈, 산소포화도 측정 모듈 및 체온 측정 모듈을 통해 폐질환 진단의 기반이 되는, 엑스레이 영상 데이터, 산소포화도 측정 데이터, 및 체온 측정 데이터를 수집하는 제어부를 포함하되,
상기 제2 센서는,
들숨과 날숨의 최대 온도 차이가 측정될 수 있게 하는 온도로 들숨에 필요한 공기의 온도를, 온도 조절 장치를 이용하여 조절하는 들숨 온도 조절 모듈을 포함하고,
상기 제어부는,
온도가 조절된 공기를 이용하여 측정된 들숨 및 날숨의 온도 데이터를 이용하여 피진단자의 폐 부위의 체온에 관한 정보를 출력하도록 상기 체온 측정 모듈을 제어하는,
통합 포터블 엑스레이 기기. - 삭제
- 통합 포터블 엑스레이 기기에 의해 수행되는 방법으로서,
온도센서를 이용하여 환자의 들숨 및 날숨이 혼합된 온도 데이터를 수집하는 단계;
상기 들숨 및 날숨이 혼합된 온도 데이터를 이용하여 들숨 구간과 날숨 구간을 선별하는 단계;
선별된 들숨 구간 및 날숨 구간에 기반하여 들숨 및 날숨의 온도를 측정하는 단계;
데이터베이스에 기반하여 들숨 및 날숨의 온도차를 이용하여 폐부위 체온을 산출하는 단계를 포함하는,
통합 포터블 엑스레이 기기를 이용한 폐부위 체온측정방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020210080577A KR102477805B1 (ko) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 체온과 산소포화도 진단이 가능한 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용한 폐부위 체온측정방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210080577A KR102477805B1 (ko) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 체온과 산소포화도 진단이 가능한 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용한 폐부위 체온측정방법 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210080577A KR102477805B1 (ko) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 체온과 산소포화도 진단이 가능한 통합 포터블 엑스레이 기기 및 이를 이용한 폐부위 체온측정방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102477805B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170009358A (ko) * | 2015-07-16 | 2017-01-25 | 주식회사엑스엘 | 원격제어가 가능한 디지털 엑스선 촬영장치 |
| KR20170044212A (ko) * | 2009-03-05 | 2017-04-24 | 플로레, 잉고 | 진단 측정 기구 |
| JP2017077461A (ja) * | 2010-03-15 | 2017-04-27 | シンガポール ヘルス サービシーズ ピーティーイー リミテッド | 患者の生存性を予測する方法 |
| KR102040543B1 (ko) | 2017-11-30 | 2019-11-27 | 에이치디티 주식회사 | 이동형 엑스레이 촬영장치 |
| KR20200015280A (ko) * | 2018-08-03 | 2020-02-12 | (주) 프로큐라티오 | 폐렴의 발병 확률 결정 방법 |
-
2021
- 2021-06-22 KR KR1020210080577A patent/KR102477805B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20200015280A (ko) * | 2018-08-03 | 2020-02-12 | (주) 프로큐라티오 | 폐렴의 발병 확률 결정 방법 |
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