KR102531033B1 - 안압 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR102531033B1
KR102531033B1 KR1020200173972A KR20200173972A KR102531033B1 KR 102531033 B1 KR102531033 B1 KR 102531033B1 KR 1020200173972 A KR1020200173972 A KR 1020200173972A KR 20200173972 A KR20200173972 A KR 20200173972A KR 102531033 B1 KR102531033 B1 KR 102531033B1
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정영빈
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

안압 측정 장치가 개시된다. 안압 측정 장치는 서로 상이한 제1가진 크기와 제2가진 크기로 진동을 발생시키는 진동 발생기; 상기 진동 발생기에서 발생된 진동을 안구에 전달하는 로드 셀; 상기 제1가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측하고, 상기 제2가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 계측하는 계측기; 및 상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 연산부를 포함한다.

Description

안압 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring intraocular pressure}
본 발명은 안압 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비침습적 방법으로 안압을 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
안압 측정은 안과에서 시행하는 기본검사 중 하나, 녹내장의 발생 및 진행의 가장 중요한 위험인자인 안압 상승을 확인할 수 있다. 그리고 녹내장 치료를 하며 치료 효과를 판정하거나, 병의 경과를 모니터링할 수 있다.
현재 널리 사용되고 있는 안압계인 GAT나 TonoPen은 각막을 마취한 후 각막을 직접 누르면서 그 변화를 통해 안압을 유추하는 압평(applanation) 방식을 이용한다. 이러한 방법은 각막 두께와 곡률, 다른 생체공학적(biomechanical) 특성의 영향을 많이 받고 침습적일 수 있다.
또 다른 안압계인 Rebound tonometer는 유발과 충돌(inductive/impact)의 원리를 이용하는 안압계로 탐침이 각막에 충돌 후에 제자리로 돌아오면 각막 충돌시의 탐침의 감속 시간(deceleration time)이 안압으로 변환된다.
생체역학적 요소를 고려한 ocular response analyzer(ORA)나 Corvis tonometer등이 최근에 도입된 바 있으며 이는 공기압을 가해주고 각막이 변형되는 과정에서 시간 측정이나 이미지 촬영을 통해 안압을 유추한다.
이러한 기존의 안압계는 직접 각막과의 접촉을 통해 물리적인 압력을 가하거나, 공기를 분사하여 각막을 변화하게 한 뒤 이를 통해 분석을 진행하기 때문에, 일반인들의 활용이 쉽지 않고, 일상 생활 속에서 안압 측정이 어려운 한계가 있다.
본 발명은 손쉽게 안압을 측정할 수 있는 안압 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 안압 측정 장치는 서로 상이한 제1가진 크기와 제2가진 크기로 진동을 발생시키는 진동 발생기; 상기 진동 발생기에서 발생된 진동을 안구에 전달하는 로드 셀; 상기 제1가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측하고, 상기 제2가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 계측하는 계측기; 및 상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 연산부를 포함한다.
또한, 상기 계측기는, 상기 로드 셀에서 진동 응답 신호를 계측하는 제1가속도계; 및 상기 진동 발생기에서 진동 응답 신호를 계측하는 제2가속도계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 수식 1을 이용하여 상기 제1진동 응답 신호로부터 상기 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 상기 제2진동 응답량을 산출할 수 있다.
Figure 112020135103537-pat00001
[수식 1]
여기서, αrms는 진동 응답량이고, χ(t)는 진동 응답 신호이고, T는 측정 시간을 나타냄.
또한, 상기 연산부는 수식 2를 이용하여 상기 안구의 안압을 산출할 수 있다.
Figure 112020135103537-pat00002
[수식 2]
여기서, IOP는 안구의 안압이고, CMVR는 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이를 나타냄.
본 발명에 따른 안압 측정 방법은 제1가진 크기로 발생된 진동을 로드 셀을 통해 안구에 전달하고, 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측하는 단계; 상기 제1가진 크기와 상이한 제2가진 크기로 발생된 진동을 로드 셀을 통해 상기 안구에 전달하고, 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 계측하는 단계; 및 상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량은 수식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112020135103537-pat00003
[수식 1]
여기서, αrms는 진동 응답이고, χ(t)는 진동 응답 신호이고, T는 측정 시간을 나타냄.
또한, 상기 안구의 안압을 산출하는 단계는 수식 2를 이용하여 상기 안구의 안압을 산출할 수 있다.
Figure 112020135103537-pat00004
[수식 2]
여기서, IOP는 안구의 안압이고, CMVR는 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이를 나타냄.
본 발명에 의하면, 로드 셀이 눈꺼풀과 접촉한 상태에서 안구에 진동을 전달하고, 안구로부터 전달되는 진동 응답 신호를 측정하여 안구의 안압을 산출하므로, 비침습적인 방법으로 누구나 손쉽게 안압을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안압 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 안압 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 돼지 안구의 안압을 측정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 실험에 사용된 돼지 안구의 실제 안압 크기와 공진 주파수를 시중에 판매되고 있는 안압 측정 장치인 tonometer를 이용하여 측정한 결과를 나타내는 표이다.
도 5는 본 발명에 따른 안압 측정 장치를 이용하여 산출된 진동 응답량을 나타내는 표이다.
도 6는 tonometer를 이용하여 측정한 안압의 분포(X)와 수식 2를 나타내는 그래프이다.
도 7은 tonometer를 이용하여 측정한 안압과 수식 2를 통해 계측한 안압의 오차율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안압 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 안압 측정 장치(100)는 안구(10)에 진동을 전달하고, 안구(10)로부터 전달되는 진동 응답 신호를 수신하여 안구(10)의 안압을 측정한다. 안압 측정 장치(100)는 진동 발생기(110), 로드 셀(120), 계측기(130, 140), 그리고 연산부(150)를 포함한다.
진동 발생기(110)는 기 설정된 크기의 진동을 발생시킨다. 진동 발생기(110)는 가진 크기가 상이한 진동을 발생시킬 수 있다. 실시 예에 의하면, 진동 발생기(110)는 제1가진 크기의 진동과 제2가진 크기의 진동을 발생시킬 수 있다. 제1가진 크기의 진동은 제2가진 크기의 진동과 진동 크기(Vibration magnitude)가 상이할 수 있다.
로드 셀(120)은 진동 발생기(110)에서 발생된 진동을 안구(10)에 전달한다. 안압 측정 시, 로드 셀(120)은 일단이 환자의 눈꺼풀과 접촉하여 안구(10)에 진동을 전달한다.
계측기(130, 140)는 안구(10)로부터 전달되는 진동 응답 신호를 계측한다. 실시 예에 의하면, 계측기(130, 140)는 제1가속도계(130)와 제2가속도계(140)를 포함한다. 제1가속도계(130)는 로드 셀(120)에 부착되어 안구(10)의 진동 응답 신호를 계측하고, 제2가속도계(140)는 진동 발생기(110)에 부착되어 안구(10)의 진동 응답 신호를 계측한다. 제1가진 크기의 진동이 로드 셀(120)에 인가되는 경우, 계측기(130, 140)에서 측정되는 진동 응답 신호를 제1진동 응답 신호라 하고, 제2가진 크기의 진동이 로드 셀(120)에 인가되는 경우, 계측기(130, 140)에서 측정되는 진동 응답 신호를 제2진동 응답 신호라 한다.
연산부(150)는 계측기(130, 140)에서 측정된 진동 응답 신호를 수신하고, 진동 응답 신호를 연산하여 진동 응답량을 산출한다. 실시 예에 의하면, 연산부(150)는 아래 수식 1을 이용하여 진동 응답량을 산출한다.
Figure 112020135103537-pat00005
[수식 1]
여기서, αrms는 진동 응답량이고, χ(t)는 진동 응답 신호이고, T는 연산부(150)가 진동 응답 신호를 측정하는 측정 시간을 나타낸다.
연산부(150)는 제1진동 응답 신호를 연산하여 제1진동 응답량을 산출하고, 제2진동 응답 신호를 연산하여 제2진도 응답량을 산출한다.
연산부(150)는 제1진동 응답량과 제2진동 응답량의 차이를 통해 안구(10)의 안압을 산출한다. 후술하는 실험 결과에 따르면, 안구(10)의 안압은 제1진동 응답량과 제2진동 응답량의 차이와 선형적 관계를 보인다. 구체적으로, 안구(10)의 안압은 제1진동 응답량과 제2진동 응답량의 차이와 아래 수식 2에 따른 관계를 보인다. 연산부(150)는 수식 2를 통해 제1진동 응답량과 제2진동 응답량의 차이로부터 안구의 안압을 산출할 수 있다.
Figure 112020135103537-pat00006
[수식 2]
여기서, IOP는 안구(10)의 안압이고, CMVR는 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이를 나타낸다.
도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 안압 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 안압 측정 방법은 제1진동 응답 신호 계측 단계(S110), 제2진동 응답 신호 계측 단계(S120), 그리고 안압 산출 단계(S130)을 포함한다.
제1진동 응답 신호 계측 단계(S110)는 진동 발생기(110)에서 제1가진 크기로 진동을 발생시키고, 발생된 진동을 로드 셀(120)을 통해 안구(10)에 전달한다. 그리고 안구(10)로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측기(130, 140)에서 계측한다.
제2진동 응답 신호 계측 단계(S120)는 진동 발생기(110)에서 제2가진 크기로 진동을 발생시키고, 발생된 진동을 로드 셀(120)을 통해 안구(10)에 전달한다. 그리고 안구(10)로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 계측기(130, 140)에서 계측한다.
안압 산출 단계(S130)은 수식 1을 이용하여 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출한다. 그리고 수식 2를 이용하여 제1진동 응답량과 제2진동 응답량의 차이로부터 안구(10)의 안압을 산출한다.
상술한 수식 2의 정확성을 검증하기 위하여, 돼지 안구를 이용하여 직접 안압을 측정하는 실험을 수행하였다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 돼지 안구의 안압을 측정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 실험을 위하여 돼지 안구를 10개 준비하였다. 주사기를 이용하여 돼지 안구에 염수를 주입하여 안압을 조절하였고, 안구마다 염수 주입량을 달리하였다. 개별 돼지 안구에 대해서도 4가지 형태로 염수 주입량을 달리하였다. 그리고 염수가 주입된 돼지 안구의 실제 안압 크기와 공진 주파수를 시중에 판매되고 있는 안압 측정 장치인 tonometer를 이용하여 직접 측정하였고, 이를 도 4에 표시하였다.
상기 돼지 안구들 각각에 대해 본 발명에 따른 안압 측정 장치를 이용하여 안압을 계측하였다. 돼지 안구의 안구 근육을 제외한 모든 지방 및 안구주위 조직을 제거한 상태에서, 로드셀을 안구에 접촉시키고 진동 발생기(110)에서 진동을 발생시켰다. 가진 크기가 서로 다른 4개의 진동을 각각의 돼지 안구에 전달하여 진동 응답 신호를 측정하였다.
도 5는 본 발명에 따른 안압 측정 장치를 이용하여 산출된 진동 응답량을 나타내는 표이다. 실험에서는 가진 크기를 4.8m/s2, 3.6m/s2, 2.5m/s2, 그리고 1.3m/s2으로 달리하였다. χRMS(аn)은 진동 응답량을 나타내고, ㅿν는 진동 응답량의 최대값과 최소값의 차이를 나타낸다.
도 6는 tonometer를 이용하여 측정한 안압의 분포(X)와 수식 2를 나타내는 그래프이고, 도 7은 tonometer를 이용하여 측정한 안압과 수식 2를 통해 계측한 안압의 오차율을 나타내는 그래프이다. 도 6의 그래프에서 X는 상술한 돼지 안구들에서 산출된 진동 응답량의 최대값과 최속값의 차이(CMVR)를 가로축으로 하고, 해당 돼지 안구의 안압을 tonometer측정한 값을 세로축으로 나타내었다.
도 6 및 도 7을 참조하면, tonometer를 이용하여 측정한 안압의 분포(X)는 수식 2의 그래프에 근사함을 알 수 있다. 수식 2의 그래프와 tonometer를 이용하여 측정한 안압을 비교해보면 낮은 오차율을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 안압 측정 장치(10)는 진동 응답 신호의 수신과 상기 수식 2를 통해 안구의 안압을 계측할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 안압 측정 장치(10)는 비침습적 자극을 이용하므로 안정하고, 진동 인가와 진동 응답 변화량 측정을 통해 간소화된 방법으로 안압을 측정할 수 있다. 때문에, 협조도가 낮은 환자의 안압 측정에 용이하며, 집에서도 쉽게 자가 측정이 가능한 장점을 갖는다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 안압 측정 장치
110: 진동 발생기
120: 로드 셀
130, 140: 계측기
150: 연산부

Claims (7)

  1. 서로 상이한 제1가진 크기와 제2가진 크기로 진동을 발생시키는 진동 발생기;
    상기 진동 발생기에서 발생된 진동을 안구에 전달하는 로드 셀;
    상기 제1가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측하고, 상기 제2가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 계측하는 계측기; 및
    상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 연산부를 포함하되,
    상기 계측기는,
    상기 로드 셀에서 진동 응답 신호를 계측하는 제1가속도계; 및
    상기 진동 발생기에서 진동 응답 신호를 계측하는 제2가속도계를 포함하는 안압 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 서로 상이한 제1가진 크기와 제2가진 크기로 진동을 발생시키는 진동 발생기;
    상기 진동 발생기에서 발생된 진동을 안구에 전달하는 로드 셀;
    상기 제1가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측하고, 상기 제2가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 계측하는 계측기; 및
    상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 연산부를 포함하되,
    상기 연산부는 수식 1을 이용하여 상기 제1진동 응답 신호로부터 상기 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 상기 제2진동 응답량을 산출하는 안압 측정 장치.
    Figure 112022066049520-pat00007
    [수식 1]
    여기서, αrms는 진동 응답량이고, χ(t)는 진동 응답 신호이고, T는 측정 시간을 나타냄.
  4. 서로 상이한 제1가진 크기와 제2가진 크기로 진동을 발생시키는 진동 발생기;
    상기 진동 발생기에서 발생된 진동을 안구에 전달하는 로드 셀;
    상기 제1가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측하고, 상기 제2가진 크기 발생 시 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 계측하는 계측기; 및
    상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 연산부를 포함하되,
    상기 연산부는 수식 2를 이용하여 상기 안구의 안압을 산출하는 안압 측정 장치.
    Figure 112022066049520-pat00008
    [수식 2]
    여기서, IOP는 안구의 안압이고, CMVR는 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이를 나타냄.
  5. 제1가진 크기로 발생된 진동을 로드 셀을 통해 안구에 전달하고, 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측기에서 계측하는 단계;
    상기 제1가진 크기와 상이한 제2가진 크기로 발생된 진동을 로드 셀을 통해 상기 안구에 전달하고, 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 상기 계측기에서 계측하는 단계; 및
    연산부에서 상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 단계를 포함하되,
    상기 안구의 안압을 산출하는 단계는 수식 1을 이용하여 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량을 산출하는 안압 측정 방법.
    Figure 112023008611522-pat00009
    [수식 1]
    여기서, αrms는 진동 응답이고, χ(t)는 진동 응답 신호이고, T는 측정 시간을 나타냄.
  6. 삭제
  7. 제1가진 크기로 발생된 진동을 로드 셀을 통해 안구에 전달하고, 상기 안구로부터 전달되는 제1진동 응답 신호를 계측기에서 계측하는 단계;
    상기 제1가진 크기와 상이한 제2가진 크기로 발생된 진동을 로드 셀을 통해 상기 안구에 전달하고, 상기 안구로부터 전달되는 제2진동 응답 신호를 상기 계측기에서 계측하는 단계; 및
    연산부에서 상기 제1진동 응답 신호로부터 제1진동 응답량을 산출하고, 상기 제2진동 응답 신호로부터 제2진동 응답량을 산출하고, 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이로부터 상기 안구의 안압을 산출하는 단계를 포함하되,
    상기 안구의 안압을 산출하는 단계는 수식 2를 이용하여 상기 안구의 안압을 산출하는 안압 측정 방법.
    Figure 112023008611522-pat00010
    [수식 2]
    여기서, IOP는 안구의 안압이고, CMVR는 상기 제1진동 응답량과 상기 제2진동 응답량의 차이를 나타냄.
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