KR20010018719A - 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템 - Google Patents

전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 의료용 생체공학 기술분야에 관한 것으로, 더 상세하게는 전정기관 이상으로 인해 평형장애의 질환을 앓고 있는 환자들의 상태를 안진반응 화상처리 기술과 평형감각기에 온도자극을 주는 기술 및 평형감각 신경에 직접 전기적 자극을 주는 기술을 통하여 정밀하게 진단하고, 치료도 겸할 수 있는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템에 관한 것이다.
환자의 전정기능의 이상유무를 진단하여 이상시 치료할 수 있도록 안구의 움직임을 촬영하는 안진반응촬영수단과, 상기 안진반응화상촬영수단에서 촬영한 안구의 영상신호를 수신하여 동공의 중심좌표 및 안진신호의 특징점을 추출하는 안진정보처리수단과, 상기 안진정보처리수단에서 추출된 안진정보의 패턴을 인식하여 피진단체의 상태가 정상인가 아닌가를 판단하고, 진단 및 치료시 자극을 가하도록 제어하는 진단치료판단수단과, 상기 진단치료판단수단의 제어에 따라 피진단체에 가할 자극정보를 출력하는 자극정보출력수단과, 상기 자극정보를 인가받아 피진단체에 자극을 가하는 자극수단을 포함하는 발명을 제시하여 기존에 자극을 가하는 과정과 진단 및 치료 과정이 분리되었던 것을 하나의 시스템으로 통합하여 진단 및 치료를 좀더 편리하고 정확하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템{Integration system of diagnosis and treatment of vestibular dysfunction}
본 발명은 의료용 생체공학 기술분야에 관한 것으로, 더 상세하게는 전정기관 이상으로 인해 평형장애의 질환을 앓고 있는 환자들의 상태를 안진반응 화상처리 기술과 평형감각기에 온도자극을 주는 기술 및 평형감각 신경에 직접 전기적 자극을 주는 기술을 통하여 정밀하게 진단하고, 치료도 겸할 수 있는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템에 관한 것이다.
평형기능 장애로 인한 어지러움증을 야기하는 질환들에 대한 검사방법으로는 전정안반사를 이용하는 방법이 가장 보편적으로 이용된다. 전정안반사는 머리의 움직임을 감지하는 센서역할을 하는 내이의 말초전정기를 통해 감지되는 머리의 움직임에 대한 정보를 전정신경을 통해 뇌로 전달되고 뇌의 조절과정을 거쳐 안진이라는 안구의 움직임으로 나타나는 생체적 반사를 말한다.
또한, 육안적 생체변화의 관찰을 이용한 진단방법은 천식, 알레르기성 비염 등의 알레르기성 피부반응검사, 약물 부작용검사, 혈액순환장애, 동공반사장애, 백내장, 망막질환, 안진을 동반한 신경성 질환, 안면기형 등의 진단과 감별에 이용될 수 있으며, 이러한 진단 방법의 객관적 판단을 위해서는 화상처리 기술이 필수적이다. 수학적 술식을 통한 화상처리 기술은 전기적 생체신호 분석에도 이용될 수 있는 핵심기술로 육안적 변화를 야기시키는 모든 생체변화의 전기적 생체신호 분석을 이용한 진단방법을 대체할 수 있는 중요한 기술이다.
화상처리를 통한 안구운동 분석을 이용한 전기적 자극의 자동제어 기술은 생체의 모든 정상적 생리적 자극반응과 병적자극반응을 제어할 수 있는 기술로 신경의 자극이나 억제에 의한 근육의 변화, 사지의 운동, 발성, 호흡운동, 심장박동등 신경과 연관된 모든 생체반응의 제어에 필요한 핵심기술이다.
상기 안구운동의 분석방법에는 전기안진기, 전기자장안구코일, 적외선, 비디오안진기를 이용하는 방법이 있는데, 임상적으로는 인체적용 및 분석기술의 용이성 등으로 거의 대부분 전기안진기를 사용하고 있다.
또한, 상기 안구운동의 분석을 위한 안진반응을 유도해 내기 위해 사용하는 전정기 자극 방법으로는 말초전정기를 자극하는 온도자극, 회전자극 등이 있으나 전정신경을 직접자극 할 수 있는 전기적 자극기는 미국 시카고대학 생체공학실, 스위스 쮜리히대학 신경생리 연구실, UCLA Victor Goodhil연구소 등에서 개발하여 실험적으로 사용하였다.
상기에서 전정신경을 직접 자극하는 전기적 자극기를 사용하는 경우에는 그 분석방법은 전기안진기 대신에 최근에 개발된 비디오 안진기를 사용한다.
상기와 같은 전정기 자극 및 이에따른 안진반응과의 관계를 분석하기 위해서는 자극과 반응을 같은 시스템에서 조절하는 것이 필요하나 아직 이를 같은 시스템에서 처리하는 기술은 개발되지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째 말초전정기를 자극하는 일반적인 전정안반사 검사방법과는 달리 전정신경을 직접 자극하여 안진반응을 비디오 안진기로 측정 분석하며, 둘째 상기의 전정안반사를 이용한 검사법을 역으로 이용하여 평형기능 장애 환자에서 나타나는 안진반응에 따라 말초전정기나 전정신경을 자극하여 안진을 조절함으로써 환자의 어지러움증을 완화시켜 치료하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 안구의 움직임을 촬영하는 안진반응촬영수단과, 상기 안진반응화상촬영수단에서 촬영한 안구의 영상신호를 수신하여 동공의 중심좌표 및 안진신호의 특징점을 추출하는 안진정보처리수단과, 상기 안진정보처리수단에서 추출된 안진정보의 패턴을 인식하여 피진단체의 상태가 정상인가 아닌가를 판단하고, 진단 및 치료시 자극을 가하도록 제어하는 진단치료판단수단과, 상기 진단치료판단수단의 제어에 따라 피진단체에 가할 자극정보를 출력하는 자극정보출력수단과, 상기 자극정보를 인가받아 피진단체에 자극을 가하는 자극수단을 포함하는 발명이 제시된다.
도 1은 본 발명인 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템의 블록도
도 2는 안진반응화상촬영기의 예시도
도 3은 도 3의 측면도
도 4는 전기자극기에 대한 상세 블록도
도 5는 온도자극기의 구성도
도 6은 회전자극기의 예시도
도 7은 본 발명의 전정기관이상 진단을 설명하기 위한 흐름도
도 8은 본 발명의 전정기관이상 치료를 설명하기 위한 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 전기자극기 10a: 전기자극 전압파형
10b: 노이즈제거부 10c: 아이소레이션부
10d: 전압제어전류소오스 10e: 보호차단회로부
10f: 전기자극 전류파형 20 : 온도자극기
20a: 수조 20b: 온수생성기
20c: 냉수생성기 20d: 뜨개밸브
20e: 온도센서 20f: 히터
20g: 냉각기 20h: 프로펠러
20i: 혼합기 20j: 유량조절밸브
20k: 유량센서 20l: 이어셋
20m: 나선유로 20n: 긴급차단밸브
30 : 회전자극기 40 : 안진반응화상촬영기
40a: 적외선카메라 40b: 촬영보조장치
40c: 적외선라이트 40d: 주시등
40e: 반투광반사경 40f: 암실통
50 : 컴퓨터 50a: 제어기
50b: 이미지보드 50c: 동공확인부
50d: 안진정보처리부 50e: 데이터베이스부
50f: 진단치료판단부 50g: 자극신호생성부
50h: ADC/DAC 50i: 디지탈I/O
A : 인체자극반응흐름도
이하에서는 본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명인 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 도 1의 A는 몸체의 회전에 따른 인체자극반응을 설명하기 위한 흐름도로서, 몸체가 회전하면 이에 따라 머리가 일정한 각속도 θh로 회전하게 되고, 그 회전에 대한 자극은 반규관(또는 세반고리관) 및 전정신경, 중추신경을 거쳐서 각속도 θe로 안구의 회전이 나타나게 된다. 상기에서 안구의 회전을 관찰했을때 이상이 있으면 전정기능에 이상이 있는 것이다. 본 발명은 상기 안진반응을 얻기 위해 3가지 자극기를 사용한다. 즉, 상기의 몸체를 회전시키는 회전자극기, 상기 회전자극에 상당하는 자극을 온도로서 가하는 온도자극기와, 상기 회전자극에 상당하는 자극을 전기로서 가하는 전기자극기이다.
본 발명인 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템은 환자의 자극에 의한 안구회전을 촬영하는 적외선카메라(IR Camera)(40a)와 상기 적외선카메라(40a)의 촬영을 보조하는 촬영보조장치(40b)로 구성된 안진반응화상촬영기(40)와, 자극에 대한 안진반응을 관찰하기 위해 상기 전정신경에 회전자극에 상당하는 전기자극을 주는 전기자극기(10)와, 상기 반규관에 회전자극에 상당하는 온도자극을 주는 온도자극기(20)와, 상기 반규관에 회전자극을 직접 주는 회전자극기(30)와, 상기 안진반응화상촬영기(40)에서 전송된 안구의 촬영영상을 디스플레이하고, 상기 디스플레이된 안구의 영상을 분석하여 안구의 움직임의 신호를 실시간 획득한 후 필요한 신호를 웨이브레트(Wavelet)로 추출하고, 상기에서 추출된 신호를 퍼지(FUSY), HMM(Hiden Marcov Model), NN(Neural Network)를 사용하여 특징점추출 및 신호의 패턴을 인식하며, 다양한 다수의 사람의 자극에 대한 안진정보가 저장된 데이터베이스를 구비하여 환자의 상태를 진단하고 진단 및 치료시 상기 전기자극기(10), 온도자극기(20), 회전자극기(30)를 통하여 인체에 자극을 가하도록 하는 컴퓨터(50)로 구성된다.
상기에서 안진반응화상촬영기에 관하여 도 2, 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 안진반응화상촬영기의 예시도이다.
도 3은 도 2의 측면도이다.
도 2, 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 안진반응화상촬영기(40)는 암실통(40f)의 내부에 내장되며 동공의 움직임을 촬영하는 적외선카메라(40a)와, 상기 적외선카메라(40a)의 촬영을 보조하는 촬영보조장치(40b)로 구성된다. 상기에서 촬영보조장치(40b)는 환자의 안구의 움직임을 촬영하기 위해 어두운 환경을 제공하며 안경과 같이 눈주위에 착용하도록 설계된 암실통(40f)과, 안구의 회전각을 보정(calibration)하기 위한 주시등(40d)과, 안구의 움직임을 반사된 상태에서 촬영되도록 하는 반투광반사경(40e)과, 상기 암실통(40f) 내부에서 적외선카메라(40a)가 안구의 움직임을 더욱 선명하게 촬영할 수 있도록 적외선 불빛을 발광하는 적외선라이트(IR LIGHT)(40c)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 안진반응화상촬영기(40)는 도 3의 측면도에서 처럼 암실통(40f) 내부의 적외선카메라(40a)가 반투광반사경(40e)을 통하여 안구의 움직임을 촬영한다. 또한, 전기자극기(10)는 귀의 유양돌기를 통하여 전기자극을 전달한다.
상기에서 안구의 영상을 분석하여 진단 및 치료하도록 모든 기능을 제어하는 컴퓨터에 관하여 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하여 설명하면, 상기 컴퓨터(50)는 안진반응화상촬영기(40)의 적외선카메라(40a)에서 촬영한 안구의 영상신호를 수신하여 영상처리하는 이미지보드(Image Board)(50b)와, 상기 촬영보조장치(40b)의 각 구성을 제어하는 제어기(50a)와, 상기 이미지보드(50b)에서 영상처리된 안구의 영상에서 동공을 확인하여 중심좌표를 획득하는 동공확인부(50c)와, 상기 동공확인부(50c)에서 출력된 안구의 중심좌표에 해당하는 신호를 실시간으로 획득하여 웨이브레트(Wavelet)로 분석하여 진단에 필요한 신호를 추출하고, 상기에서 얻은 신호에서 퍼지(FUSY)를 사용하여 특징점을 추출하는 안진정보처리부(50d)와, 다양한 다수의 사람의 자극에 대한 안진정보가 저장되는 데이터베이스부(50e)와, 상기 안진정보처리부(50d)에서 추출된 특징점을 HMM(Hiden Marcov Model), NN(Neural Network)를 통해 상기 데이터베이스부(50e)에 저장된 안진정보를 이용하여 패턴을 인식하고, 현재 환자의 상태가 정상인가 아닌가를 판단하고, 진단 및 치료시 자극을 가하도록 제어하는 진단치료판단부(50f)와, 상기 진단치료판단부(50f)의 제어에 따라 자극이 필요한 경우 상기 전기자극기(10), 온도자극기(20), 회전자극기(30) 중 필요한 자극기를 구동 및 제어하기 위한 신호를 생성하는 자극신호생성부(50g)와, 상기 자극신호생성부(50g)에서 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)를 구동하기 위한 온/오프 신호를 생성할 경우 상기 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)를 구동하기 위한 온/오프 신호가 송신되는 디지탈I/O(Input/Output)(50i)와, 상기 자극신호생성부(50g)에서 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)를 제어하기 위한 제어신호를 생성할 경우 상기 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)에 제어신호를 디지탈에서 아날로그로 변환하여 출력하고, 상기 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지탈로 변환하여 입력시키는 ADC/DAC(50h)로 구성된다.
상기에서 전기자극기에 관하여 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 전기자극기에 대한 상세 블록도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 상기 전기자극기(10)는 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)에 연결되고, 상기 자극신호생성부(50g)에서 생성된 전기자극 전압파형(10a) 신호에서 다양한 노이즈를 제거하는 노이즈제거부(10b)와, 상기 노이즈제거부(10b)에서 출력된 신호를 신호 발생축과 완전히 분리(Isolation)하여 안정된 신호를 획득하는 아이소레이션부(10c)와, 상기 아이소레이션부(10c)에서 출력된 전기자극 전압파형(10a) 신호의 전압을 제어하여 전기자극 전류파형(10f) 신호로 바꾸어 주는 전압제어전류소오스부(10)와, 상기 전압제어전류소오스부(10)에서 인가된 전기자극 전류파형(10) 신호를 긴급 상황인 경우 출력을 차단하는 보호차단회로부(10e)로 구성되어 상기에서 보호차단회로부(10e)를 통하여 출력된 전기자극 전류파형(10f)은 전극(Electrode)을 통하여 귀의 유양돌기에 전달되어 전정신경에 전기자극이 가해지고 중추신경을 거쳐서 안구의 회전운동이 나타나게 된다.
상기에서 온도자극기에 관하여 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 온도자극기의 구성도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 상기 온도자극기(20)는 귀에 삽입되어 온도로서 자극을 가하도록 물이 저장된 수조(20a)와, 상기 수조(20a)에서 유입된 물을 가열시키는 온수생성기(20b)와, 상기 수조(20a)에서 유입된 물을 냉각시키는 냉수생성기(20c)와, 상기 수조(20a)에서 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)로의 물의 유입을 조절하기 위해 각 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)에 물이 차면 유입을 차단시키고 물이 없으면 유입을 허용하는 뜨개밸브(20d)와, 상기 온수생성기(20b)로 유입된 물을 가열하는 히터(20f)와, 상기 냉수생성기(20c)로 유입된 물을 냉각시키는 냉각기(20g)와, 상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)의 물의 온도를 측정하는 온도센서(20e)와, 상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c) 물의 온도분포를 균일하게 하도록 섞어주는 프로펠러(20h), 상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)에서 방출되는 물의 유량을 조절하는 유량조절밸브(20j)와, 상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)에서 방출되는 물의 량을 측정하는 유량센서(20k)와, 상기 유량조절밸브(20j)를 통하여 유출되는 각 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)의 온수 및 냉수를 한곳에서 혼합시키는 좌,우 혼합기(20i)와, 상기 혼합기(20i)로 유입된 냉수 및 온수를 섞어서 균일한 온도가 되도록 하는 프로펠러(20h)와, 상기 혼합기(20i)에서 섞여진 물의 온도를 측정하는 온도센서(20e)와, 상기 혼합기(20i)에서 방출되는 물을 필요시 긴급히 차단시키는 긴급차단밸브(20n)와, 상기 혼합기(20i)에서 방출되는 물이 유입되는 좌, 우 이어셋(ear set)(20l)과, 상기 이어셋(20l) 내부로 유입된 물의 통로로서 나선형으로 회전하는 나선유로(20m)와, 상기 이어셋(20l)의 내부의 물의 온도를 측정하는 온도센서(20e)와, 상기의 모든 동작을 제어하는 컴퓨터(50)와, 상기 컴퓨터(50)로 각 온도센서(20e) 및 유량센서(20k)의 신호가 입력될 경우 아날로그에서 디지탈로 변환하고, 상기 컴퓨터(50)에서 각 온도센서(20e) 및 유량센서(20k)로 신호가 출력될 경우 디지탈에서 아날로그로 변환하는 ADC/DAC(50h)와, 상기 컴퓨터(50)에서 각 뜨개밸브(20d), 유량조절밸브(20j), 프로펠러(20h), 긴급차단밸브(20n)를 구동하기 위한 온/오프 신호가 출력되는 디지탈I/O(50a)로 구성되고 상기 이어셋(20l)으로 유입된 물은 다시 수조(20a)로 유출되어 물이 전체적으로 회전을 하게 된다. 상기에서 이어셋(20l)은 도 3에서 나타난 것처럼 귀에 삽입되어진다. 상기에 의해 귀에 삽입되어져 온도자극이 반규관에 가해지면 전정신경 및 중추신경을 거쳐서 안구의 회전운동이 나타나게 된다.
상기에서 회전자극기에 관하여 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 회전자극기의 예시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 상기 전기자극기(10) 및 온도자극기(20) 대신에 회전자극기(30)를 사용하는 경우는 치료에는 사용할 수 없고 단지 진단에만 사용하고 환자의 표준 데이터(Standard Data)를 획득하고 진단하는데 사용된다. 상기 회전자극기(30)는 몸체에 회전을 줌으로써 머리에 회전을 가하고, 상기 머리의 회전에 의해 세반고리관에 영향을 주게 된다. 상기 세반고리관은 3개의 각도를 가지는데 도 6에서와 같이 환자를 회전자극기(30)에 앉힌 상태에서 머리를 약 30°정도 굽히고 회전을 시키는 방법, 환자의 회전축을 앞쪽으로 기울여 회전시키는 방법, 환자의 회전축을 뒤쪽으로 기울인 상태에서 회전시키는 방법을 사용하여 각각의 세반고리관에 영향을 주도록 한다. 상기에 의해 세반고리관이 영향을 받게 되면 전정신경, 중추신경을 거쳐서 안구의 회전운동이 나타나게 된다.
상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 작용에 관하여 설명하면 다음과 같다.
환자의 전정기능의 이상을 진단하기 위해 환자에게 안진반응화상촬영기(40)를 씌운다. 상기 안진반응화상촬영기(40)가 씌어지면 제어기(50a)는 암실통(40f) 내부의 주시등(40d)을 제어하여 좌우로 눈의 이동을 지시하면서 안구의 회전각을 보정(calibration)한다.
상기에서 자극에 대한 안진반응을 관찰하기 위해 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)는 일정 자극을 환자에게 가하게 된다.
첫번째, 전기자극을 가하여 진단하는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.
컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)는 전기자극을 전압파형 전기자극(10a) 신호로 전기자극기(10)에 인가하고, 상기 전기자극기(10)의 노이즈제거부(10b)는 상기 전기자극 전압파형(10a) 신호의 다양한 노이즈를 제거한다. 상기 노이즈제거부(10b)에서 전기자극 전압파형(10a)의 노이즈가 제거되면 아이소레이션부(10c)는 상기 노이즈제거부(10b)에서 출력된 신호를 신호발생축과 완전히 분리(Isolation)시켜서 안정된 신호를 획득한다. 상기 아이소레이션부(10c)에서 출력된 안정된 전기자극 전압파형(10a) 신호는 전압제어전류소오스부(10d)에서 전압의 제어에 의해 전기자극 전류파형(10f)으로 변환된다. 상기에 의해 전기자극 전압파형(10a)이 전기자극 전류파형(10f)으로 변환되면 보호차단회로부(10e)를 거쳐서 출력되고 긴급한 상황이 발생하면 상기 보호차단회로부(10e)는 전기자극 전류파형(10f)의 출력을 차단한다. 상기에 의해 전기자극기(10)를 통해 출력되는 순수한 전기자극이 전극을 통하여 귀의 유양돌기에 전달된다.
상기에 의해 인체는 전정안반사를 통해 안구는 회전운동을 하게 된다. 상기에 의해 안구가 회전운동되면, 안구의 회전운동을 촬영하기 위해 적외선카메라(40a)는 반투광반사경(40e)을 통해 반사된 안구의 움직임을 촬영하고, 상기 촬영이 선명하게 될 수 있도록 적외선라이트(40c)는 제어기(50a)의 스위칭에 따라 발광하게 된다. 상기에 의해 촬영된 영상은 이미지보드(50b)를 통하여 컴퓨터(50)의 동공확인부(50c)로 전송되고, 상기 이미지보드(50b)에서 영상처리된 안구의 영상에서 동공확인부(50c)는 동공을 확인하여 중심좌표를 획득한다. 상기 동공확인부(50c)에서 출력된 안구의 중심좌표에 해당하는 신호는 안진정보처리부(50d)에서 실시간으로 획득하고 웨이브레트(Wavelet)로 분석하여 진단에 필요한 신호를 추출하고, 상기에서 얻은 신호에서 퍼지(FUSY)를 사용하여 특징점을 추출한다. 상기 안진정보처리부(50d)에서 추출된 특징점은 진단치료판단부(50f)에서 HMM(Hiden Marcov Model), NN(Neural Network)을 통해 데이터베이스부(50e)에 저장된 안진정보를 이용하여 패턴을 인식하고, 현재 환자의 상태를 판단한다. 즉, 환자의 정상유무를 판단할 뿐만아니라 환자의 전정기능의 이상유무 및 이상정도까지 알아낼 수 있다.
두번째, 온도자극을 가하여 진단하는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.
온도 자극에 대한 안진반응을 관찰하기 위해 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)는 디지탈I/O(50i) 및 ADC/DAC(50h)를 통해 온도자극기(20)를 제어하여 온도자극을 가하게 된다. 즉, 온도자극기(20)의 수조(20a)의 물은 각각 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)에서 일정온도로 가열 및 냉각되고, 프로펠러(20h)에 의해 균일한 온도로 유지된다. 상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)의 온수 및 냉수는 유량조절밸브(20j)의 제어에 따라 일정량이 방출되어 혼합기(20i)로 유입된다. 상기 혼합기(20i)는 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)에서 유입된 온수 및 냉수는 혼합기(20i)의 프로펠러(20h)에 의해 서로 혼합되어 일정 온도로 이어셋(20l)의 나선유로(20m)로 유입되어 환자는 상기 혼합기(20i)에서 유입된 물의 온도에 해당하는 자극을 느끼게 된다. 상기에서 온도자극은 컴퓨터(50)의 제어에 따라 좌, 우 이어셋(20l)을 통하여 전달되게 되는데, 온도자극은 상기 좌, 우 이어셋(20l)의 온도의 변화에 따라 만들어 지게 된다. 상기와 같은 온도변화를 주기 위해 컴퓨터(50)는 상기 이어셋(20l) 내부의 온도센서(20e) 및 혼합기(20i), 온수생성기(20b), 냉수생성기(20c)의 온도센서(20e)를 통하여 각 상태에서의 온도를 (50a)을 통해 인가받고 ADC/DAC(50h)에서 아날로그에서 디지탈로 변환되어 컴퓨터(50)에 인가된다. 컴퓨터(50)는 상기 인가된 온도를 인식한 후 환자에게 적합한 온도자극을 주기 위해 상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)에서 유출되는 물의 량을 적당히 조절하여 해당온도에 맞도록 혼합기(20i)에서 혼합되도록 한다. 상기 혼합기(20i)에 혼합된 물은 이어셋(20l)의 나선유로(20m)로 흘러서 다시 수조(20a)로 유입된다. 상기에서 이어셋(20l)의 나선유로(20m)에 흐르는 물의 온도가 온도자극이 된다. 또한, 상기 이어셋(20l)의 나선유로(20m)의 온도가 적합한가를 이어셋(20l)의 온도센서(20e)가 측정하게 되고 온도가 적합하지 않으면 컴퓨터(50)는 상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)의 유량을 조절하여 온도조절을 한다.
상기에 안구는 온도자극에 의해 회전운동을 하게 된다. 상기에 의해 안구가 회전운동되면, 상기 첫번째와 마찬가지 방법으로 안진반응을 확인하여 환자의 상태를 알아낼 수 있다.
세번째, 회전자극을 가하여 진단하는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.
회전자극에 대한 안진반응을 관찰하기 위해 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)는 디지탈I/O(50i) 및 ADC/DAC(50h)를 통해 회전자극기(30)를 제어하여 일정 회전자극을 환자에게 가한다.
상기에 의해 안구는 회전운동을 하게 된다. 상기에 의해 안구가 운동되면, 상기 첫번째와 마찬가지 방법으로 안진반응을 확인하여 환자의 전정기능의 이상유무를 알아낼 수 있다.
그리고, 상기에서 환자가 전정기능에 이상이 있는 경우는 치료를 해야 하는데 상기에서 치료를 하기 위한 자극은 전기자극과 온도자극만이 가능하다.
먼저, 전기자극으로 치료하는 과정에 관해 설명하면, 치료를 하기 위해 컴퓨터(50)는 진단치료판단부(50f)는 환자의 자발안진정보와 다수의 정상인의 전기자극에 대한 안진정보가 저장된 데이터베이스부(50e)의 기준정보(Standard Data)와 비교하여 전정기능이상을 치료할 수 있는 즉, 환자의 자발안진을 상쇄할 수 있는 전기자극을 선정한다. 전기자극을 파형, 세기, 주기 등으로서 선정한다. 상기에서 선정된 전기자극은 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)의 제어에 따라 전기자극기(10)를 거쳐서 인체에 인가되고, 안진반응화상촬영기(40)는 상기 안진반응을 촬영하여 컴퓨터(50)에 인가한다. 상기에 의해 컴퓨터(50)는 상기 치료 전기자극에 의한 안진반응을 체크하면서 환자에게 적합한 전기자극을 계속 피드백(Feedback) 하면서 제어하여 환자의 전정기능 이상을 치료할 수 있게 된다.
또한, 온도자극으로 치료하는 과정에 관해 설명하면, 치료를 하기 위해 컴퓨터(50)의 진단치료판단부(50f)는 환자의 자발안진정보와 다수의 정상인의 전기자극에 대한 안진정보가 저장된 데이터베이스부(50e)의 기준정보(Standard Data)와 비교하여 전정기능이상을 치료할 수 있는 즉, 환자의 자발안진을 상쇄할 수 있는 온도자극을 선정한다. 상기에서 선정된 온도자극은 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)의 제어에 따라 각각 좌, 우 이어셋(20l)의 온도를 변화시키면 된다. 즉, 각 이어셋(20l)의 온도센서(20e)를 통하여 현재의 온도를 측정하면서 온도자극에 해당하는 온도로 변화시키도록 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)의 유량을 조절한다. 상기에 의해 변화된 온도는 온도자극기(20)의 이어셋(20l)을 통하여 인체에 인가되고, 안진반응화상촬영기(40)는 상기 안진반응을 촬영하여 컴퓨터(50)에 인가한다. 상기에 의해 컴퓨터(50)는 상기 치료 온도자극에 의한 안진반응을 체크하면서 환자에게 적합한 온도자극을 계속 피드백(Feedback) 하면서 제어하여 환자의 전정기능 이상을 치료할 수 있게 된다.
상기의 실시예에서 설명한 전정기능이상 진단 및 치료시스템의 흐름에 관하여 도 8의 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 전정기능이상 진단을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 전정기능이상 치료를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하여 전정기능이상 진단에 대하여 설명하면, 환자의 전정기능 이상 유무를 확인하기 위해 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)는 전기자극기(10), 온도자극기(20), 회전자극기(30)를 제어하여 자극을 가한다(S100).
상기 과정 S100에서 환자에게 자극이 가해지면, 안진반응화상촬영기(40)의 적외선카메라(40a)는 환자의 안구의 상태를 촬영하여 이미지보드(50b)로 송신한다(S200).
상기 과정 S200에서 환자의 안구의 상태가 촬영되면, 동공확인부(50c)는 상기 이미지보드(50b)에서 수신된 영상에서 안구의 동공을 확인한다(S300).
상기 과정 S300에서 안구의 동공이 확인되면, 동공확인부(50c)는 안구의 동공중심좌표를 획득한다(S400).
상기 과정 S400에서 안구의 동공중심좌표가 획득되면, 컴퓨터(50)는 상기 동공중심좌표에 대한 충분한 신호데이터를 얻었는가를 판단한다(S500).
상기 과정 S500에서 판단한 결과에 따라서, 충분한 신호데이터를 얻지 못했으면, 상기 과정 S100부터 반복수행하고, 충분한 신호데이터를 얻었으면 안진정보처리부(50d)는 상기 신호데이터에서 웨이브레트(Wavelet)를 사용하여 진단에 필요한 신호를 추출한다(S600).
상기 과정 S600에서 필요한 신호가 추출되면, 안진정보처리부(50d)는 퍼지(FUSY)를 사용하여 상기 신호에서 특징점을 추출한다(S700).
상기 과정 S700에서 특징점이 추출되면, 정상인의 전기자극에 대한 안진정보인 기준정보(Standard Data)를 얻기 위한 수행인가를 판단한다(S800).
상기 과정 S800에서 판단한 결과에 따라서, 기준정보를 얻기 위한 수행이면 진단치료판단부(50f)는 데이터베이스부(50e)에 상기에서 추출한 정보를 기준정보로 저장하고(S900), 기준정보를 얻기 위한 수행이 아니면 진단치료판단부(50f)는 HMM(Hiden Marcov Model), NN(Neural Network)를 통해 상기 추출한 정보를 데이터베이스부(50e)에 저장된 다양한 다수의 사람들의 기준정보를 이용하여 패턴을 인식한다(S1000).
상기 과정 S1000에서 패턴이 인식되면, 진단치료판단부(50f)는 상기 패턴에 따라서 환자가 정상인가를 판단한다(S1100).
상기 과정 S1100에서 판단한 결과에 따라서, 환자가 정상이 아니면 진단치료판단부(50f)는 환자의 전정기능 이상정도를 확인한후(S1200) 데이터베이스부(50e)에 상기 환자의 정보를 저장한다(S1300).
상기 과정 S1300에서 환자의 정보가 저장되면, 상기 저장된 정보에서 치료에 이용되는 자발안진정보가 획득되었는가를 판단한다(S1400).
상기 과정 1400에서 판단한 결과에 따라서, 자발안진정보가 획득되지 않았으면 상기 과정 S200부터 반복수행하고, 자발안진정보가 획득되었으면 진단과정은 완료된다.
상기의 모든 과정을 거쳐서 진단이 완료되어 환자가 정상이 아님으로 판별되게 되면 상기에서 획득되어진 환자의 전정기능 이상정보를 이용하여 치료를 하게 되는데 도 8을 참조하여 환자의 전정기능이상 치료에 대하여 설명하면, 상기 진단과정에서 확인된 환자의 전정기능 이상정보를 진단치료판단부(50f)는 획득한다(P100).
상기 과정 P100에서 환자의 전정기능 이상정보를 획득하면, 진단치료판단부(50f)는 환자의 상태에 알맞는 치료자극의 종류 및 강도를 선택한다(P200).
상기 과정 P200에서 치료자극이 선택되면, 컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)는 전기자극기(10), 온도자극기(20)를 제어하여 자극을 가한다(P300).
상기 과정 P300에서 환자에게 자극이 가해지면, 안진반응화상촬영기(40)의 적외선카메라(40a)는 환자의 안구의 상태를 촬영하여 이미지보드(50b)로 송신한다(P400).
상기 과정 P400에서 환자의 안구의 상태가 촬영되면, 동공확인부(50c)는 상기 이미지보드(50b)에서 수신된 영상에서 안구의 동공을 확인한다(P500).
상기 과정 P500에서 안구의 동공이 확인되면, 동공확인부(50c)는 안구의 동공중심좌표를 획득한다(P600).
상기 과정 P600에서 안구의 동공중심좌표가 획득되면, 컴퓨터(50)는 상기 동공중심좌표에 대한 충분한 신호데이터를 얻었는가를 판단한다(P700).
상기 과정 P700에서 판단한 결과에 따라서, 충분한 신호데이터를 얻지 못했으면, 상기 과정 P400부터 반복수행하고, 충분한 신호데이터를 얻었으면 안진정보처리부(50d)는 상기 신호데이터에서 웨이브레트(Wavelet)를 사용하여 진단에 필요한 신호를 추출한다(P800).
상기 과정 P800에서 필요한 신호가 추출되면, 안진정보처리부(50d)는 퍼지(FUSY)를 사용하여 상기 신호에서 특징점을 추출한다(P900).
상기 과정 P900에서 특징점이 추출되면, 진단치료판단부(50f)는 상기 추출된 특징점을 이용하여 환자가 정상이 되었는가를 판단한다(P1000).
상기 과정 P1000에서 판단한 결과에 따라서, 환자가 정상이 아니면 상기 과정 P100부터 반복수행하고, 환자가 정상이면 치료과정은 완료된다.
상기의 모든 과정을 거쳐서 본 발명이 의도하는 대로 전정기능이상 진단 및 치료시스템이 구현된다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 환자의 전정기능의 이상유무를 진단하여 이상시 치료할 수 있도록 정상상태에서의 안구의 상태를 적외선카메라로 촬영하고 자극이 필요한 경우는 전기자극기, 온도자극기, 회전자극기를 사용하여 환자에게 자극을 가하면서 안진정보를 획득하여 안진반응정보가 기존에 저장된 다양한 다수의 사람에 대한 기준값과 다르면 전정기능이상으로 판단하고 상기 전기자극기, 온도자극기를 사용하여 치료함으로써 기존에 자극을 가하는 것과 전정기능이상에 대한 진단 및 치료가 분리되었던 것을 하나의 시스템으로 통합하여 진단 및 치료를 좀더 편리하고 정확하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 전정기관이상을 진단 및 치료하기 위해 자극을 주고 안진반응을 촬영하고 분석하는 시스템에 있어서,
    안구의 움직임을 촬영하는 안진반응촬영수단과,
    상기 안진반응화상촬영수단에서 촬영한 안구의 영상신호를 수신하여 동공의 중심좌표 및 안진신호 특징점을 추출하는 안진정보처리수단과,
    상기 안진정보처리수단에서 추출된 안진정보의 패턴을 인식하여 피진단체의 상태가 정상인가 아닌가를 판단하고, 진단 및 치료시 자극을 가하도록 제어하는 진단치료판단수단과,
    상기 진단치료판단수단의 제어에 따라 피진단체에 가할 자극정보를 출력하는 자극정보출력수단과,
    상기 자극정보를 인가받아 피진단체에 자극을 가하는 자극수단을 포함하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 안진반응촬영수단은,
    안구의 움직임을 촬영하기 위해 어두운 환경을 제공하며 안경과 같이 눈 주위에 착용하도록 설계된 암실통(40f)과,
    상기 암실통(40f)의 내부에 내장되며 동공의 움직임을 촬영하는 적외선카메라(40a)와,
    안구의 회전각을 보정하기 위한 주시등(40d)과,
    안구의 움직임을 반사된 상태에서 촬영되도록 하는 반투광반사경(40e)과,
    상기 암실통(40f) 내부에서 적외선카메라(40a)가 안구의 움직임을 선명하게 촬영할 수 있도록 적외선 불빛을 발광하는 적외선라이트(40c)와,
    상기의 모든 동작을 제어하는 제어기(50a)로 구성된 것을 특징으로 하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 안진정보처리수단은,
    안진반응화상촬영기(40)의 적외선카메라(40a)에서 촬영한 안구의 영상신호를 수신하여 영상처리하는 이미지보드(50b)와,
    상기 이미지보드(50b)에서 영상처리된 안구의 영상에서 동공을 확인하여 중심좌표를 획득하는 동공확인부(50c)와,
    상기 동공확인부(50c)에서 출력된 안구의 중심좌표에 해당하는 신호를 실시간으로 획득하여 웨이브레트로 분석하여 진단에 필요한 신호를 추출하고, 상기에서 얻은 신호에서 퍼지(FUSY)를 사용하여 특징점을 추출하는 안진정보처리부(50d)로 구성된 것을 특징으로 하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 진단치료판단수단은,
    다양한 다수의 사람의 자극에 대한 안진정보가 저장되는 데이터베이스부(50e)와,
    안진정보처리부(50d)에서 추출된 특징점을 HMM, NN을 통해 상기 데이터베이스부(50e)에 저장된 안진정보를 이용하여 패턴을 인식하고, 현재 환자의 상태가 정상인가 아닌가를 판단하고, 진단 및 치료시 자극을 가하도록 제어하는 진단치료판단부(50f)로 구성된 것을 특징으로 하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 자극정보출력수단은,
    진단치료판단부(50f)의 제어에 따라 자극이 필요한 경우 상기 전기자극기(10), 온도자극기(20), 회전자극기(30) 중 필요한 자극기를 구동 및 제어하기 위한 신호를 생성하는 자극신호생성부(50g)와,
    상기 자극신호생성부(50g)에서 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)를 구동하기 위한 온/오프 신호가 송신되는 디지탈I/O(50i)와,
    상기 자극신호생성부(50g)에서 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)를 제어하기 위한 제어신호를 디지탈에서 아날로그로 변환하여 출력하고, 상기 온도자극기(20) 및 회전자극기(30)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지탈로 변환하여 입력시키는 ADC/DAC(50h)로 구성된 것을 특징으로 하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 자극수단은,
    몸체의 회전을 통해 자극을 전달하기 위해 앉은 상태에서 머리를 약 30°정도 굽히고 회전시키고, 회전축을 기울여 회전시키는 회전자극기(30)인 것을 특징으로 하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 자극수단은,
    컴퓨터(50)의 자극신호생성부(50g)에서 생성된 전기자극 전압파형(10a) 신호에서 다양한 노이즈를 제거하는 노이즈제거부(10b)와,
    상기 노이즈제거부(10b)에서 출력된 신호를 신호 발생축과 완전히 분리하여 안정된 신호를 획득하는 아이소레이션부(10c)와,
    상기 아이소레이션부(10c)에서 출력된 전기자극 전압파형(10a) 신호의 전압을 제어하여 전기자극 전류파형(10f) 신호로 바꾸어 주는 전압제어전류소오스부(10)와,
    상기 전압제어전류소오스부(10)에서 인가된 전기자극 전류파형(10) 신호를 긴급 상황인 경우 출력을 차단하는 보호차단회로부(10e)를 포함하는 전기자극기(10)인 것을 특징으로 하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 자극수단은,
    물이 저장된 수조(20a)와,
    상기 수조(20a)에서 유입된 물을 가열시키는 온수생성기(20b)와,
    상기 수조(20a)에서 유입된 물을 냉각시키는 냉수생성기(20c)와,
    상기 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)에서 방출되는 물의 유량을 조절하여 온도조절을 하도록 하는 유량조절밸브(20j)와,
    상기 유량조절밸브(20j)를 통하여 유출되는 각 온수생성기(20b) 및 냉수생성기(20c)의 온수 및 냉수를 한곳에서 혼합시키는 좌,우 혼합기(20i)와,
    상기 혼합기(20i)에서 방출되는 물을 필요시 차단시키는 긴급차단밸브(20n)와,
    상기 혼합기(20i)에서 방출되는 물이 유입되고, 환자의 귀에 삽입되어 온도자극이 가해지는 좌, 우 이어셋(20l)과,
    상기 온수생성기(20b), 냉수생성기(20c), 혼합기(20i), 이어셋(20l)의 온도를 측정하는 온도센서(20e)와,
    상기 온수생성기(20b), 냉수생성기(20c), 혼합기(20i) 내부의 물의 섞임 및 온도를 균일화하는 프로펠러(20h)를 포함하는 온도자극기(20)인 것을 특징으로 하는 전정기관이상 진단 및 치료 통합시스템.
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