KR20030087101A - 안구운동 분석을 위한 새로운 저속도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안구운동의 저속도 측정을 위한 새로운 방법에 관한 것으로, RLSM을 이용한 curve fitting 방법으로 노이즈의 영향 없이 정확한 안구운동 속도를 계산하는 방법을 제시한다.

자세조절의 부조화는 오심, 구토, 현기증 등을 초래하여 정상적인 생활을 영위하기 어렵게 된다. 현재 총인구의 20%정도는 일생을 통하여 심한 현기증과 자세 부조화를 호소하며 살아간다. 이러한 변명을 진단하는데 안구운동의 정확한 저속도 측정이 요구되어진다. 안구운동은 느린 성분인 서상과 원점으로 빠르게 복귀하는 속상으로 구성되며 기록된 안진파형은 톱니파형이다. 서상의 기울기 즉 속도가 변명진단에 가장 유용함이 잘 알려져 있다.

기존의 방법은 구현이 간단하다는 이유로 안진파형을 미분연산기를 거친 속도 파형을 통해 속도계산을 해 왔는데 노이즈에 많은 영향을 받으며 정확한 속도계산이 어렵다. 이러한 문제를 피하기 위하여 안진파형을 디지털 신호로 변환한 후 RLSM을 이용한 직선 커브 곡선으로 매 구간마다 직선의 기울기 값을 구한다. 안진파형 서상과 속상의 꼭지점에서 기울기 값이 영점 교차하므로 제로크로싱 방법을 통해 서상 구간만을 찾게된다. 찾은 서상구간에 RLSM 커브곡선 방법을 통해 최종 안구운동의 저속도를 계산하였다.

Description

안구운동 분석을 위한 새로운 저속도 측정 방법 {A new measuring method of slow component velocity to analyze eye movement}

본 발명은 안구운동의 저속도 측정을 위한 새로운 방법에 관한 것으로, 일반적으로 구현이 간단한 미분 연산기를 사용한 속도 파형을 통해 첨두치 {Peak Value}를 속도 값으로 구한다. 이 방법은 구현이 간단한 반면 노이즈, 눈 깜박임{eye blink}, 아티팩트{artifact} 등에 대한 영향으로 정확한 속도계산이 어려우며 서상을 잘못 인식하는 문제가 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 필터부를 추가하여 노이즈를 억제하는 방법이 잘 알려져 있다. 그러나 이 방법은 보다 나은 인식률을 제공하나 첨두치값의 감쇄를 가져와 속도 값의 더 많은 오차를 유발하게 된다.

최근의 또다른 연구는 안진파형의 값을 모니터링 하면서 값의 크기를 비교하여 값이 크게 변화는 지점을 찾아 세점을 인식하면 하나의 삼각형으로 구성하고 기울기가 작은 변을 서상으로 인식하여, 속도값을 취하는 방법이 연구되어졌다. 이 방법 또한 노이즈가 많을 경우 꼭지점을 찾는 부분에 영향을 가져오므로 영차보간법(Zero order interpolation)을 이용한 간략한 근사곡선을 통한 연구가 시도되고 있으나 노이즈 영향을 완전히 배제하진 못하였다.

본 발명은 이와 같은 문제점에서 안구운동 속도계산에 있어서 정확한 서상인식 및 속도계산에 필요한 새로운 알고리즘이다. 안진의 서상 인식에 가장 문제가 되는 노이즈, 눈 깜박임, 아티팩트 성분을 배제하기 위하여 RLSM을 적용하여 이전 이후 데이터와 한 구간에 대한 전체 직선 기울기 하나의 값이 결정되므로 순간적인 임펄스 형태의 노이즈나 고주파 성분의 노이즈가 필터링 되는 효과를 가지게 되며, 기울기 값의 변화분을 모니터링하면 안진의 꼭지점에서 부호가 바뀌므로 영점 교차점을 찾아 서상과 속상의 변화점인 꼭지점을 찾게 된다. 이후에 구간의 길이와 구간 값의 크기를 비교하면 안진 서상은 기울기 값이 작으며 구간길이가 길게 되므로 이러한 구간을 서상으로 인식하게 된다.

본 발명에서는 노이즈에 무관하게 안진의 정확한 속도계산과 서상의 인식을 하고자 RLSM을 적용한 커브곡선 {curve fitting}을 이용하여 개선하였다. 회전자극에 의한 안진, OKN에 의한 안진, 열자극에 의한 안진, 자발안진등 모든 안진의 속도측정이 가능하게 되었다.

도 1은 본 발명품이 사용하는 안구운동 저속도 측정 방법의 순서도

도 2는 이상적인 안진파형과 RLSM 저속도 측정방법에 의한 출력 파형이다.

도 3은 실제 정상인의 측정된 안진파형의 처리과정을 보인 파형이다.

도 1은 발명품의 구성을 나타내는 알고리즘의 순서도이다. 제①항은 외부 자극시스템이나 자발안진에 의해 발생되는 안구운동 신호로 검출용 전극을 통해 피검자 신호가 앰프로 입력되어 진다. ②는 앰프의 입력회로로써 차동증폭기로 설계되어 졌으며 게인은 700배이며 동상신호 제거비{CMRR}는 130dB이다. 입력신호와 같이 유입되는 동상 노이즈 성분을 제거하기 위하여 차동증폭기로 구성되어 진다. ③항은 안구신호는 20Hz 미만의 신호이므로 그이상의 주파수 성분을 모두 제거하기 위한 저역통과필터부로 3차 버터워쓰타입{butterworth}이며, 차단주파수{cutoff frequency}는 35Hz이다. ④는 상용주파수{line frequency}인 60Hz를 차단하기 위한 대역저지필터 이다. ⑤는 미소신호인 안구신호를 최소 10,000이상 증폭하게 되면서 전극위치의 차이, 피부임피던스의 불균형 등으로 생기는 dc offset전압에 의해 신호가 포화됨을 방지하기 위한 dc offset 제어부이다. 마이크로 컨트롤러에 의한 디지털 제어기에 의해 zero offset 제어된다. ⑥은 신호분석 가능한 정도의 전압으로 증폭하여 출력하는 부로 a/d변환기를 통하여 200Hz 샘플링 주파수로 디지털 신호로 변환되어 컴퓨터로 전송되어진다.

도 2는 a) 이상적인 톱니파 형태의 안구파형중 하나의 안진을 나타낸다. b) RLSM 알고리즘에 의해 구해진 속도(기울기)파형이다. ⑦은 RLSM알고리즘을 적용하여 임으로 20개씩 잘라 기울기를 구하게 된다. 도2의 a) 안구 위치신호는 b)의 기울기 값을 갖는 속도파형이 된다. ⑧ 기울기의 부호를 판별하여 음의 기울기가 양의 기울기로 혹은 양의 기울기가 음의 기울기로 바뀌는 지점을 기억한다. ⑨ 기울기 값의 변화지점이 두 번 연속인지 판별하여 최소 변화지점 P1 {minimum)을 찾고 최대 변화지점 P2 {maximum}를 찾는다. ⑩ P1과 P2 사이의 전체 기울기하나를 구한다.

도 3은 a) 반대방향 자극시 안구신호를 보이며, b) 임으로 20개씩 잘라 기울기를 구한 것을 보인다. 도1의 ⑦~⑩방법을 이용하여 구한 결과는 도3의 c)에 나타난다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 안진파형의 서상을 정확히 인식하고 속도계산하는 알고리즘에 관한 것으로 자세조절 평가시스템으로 사용되는 회전자극시스템, 열자극시스템, 시각자극시스템 등에 적용하면 보다 정확한 진단이 가능해질 것으로 사료된다. 현재 실험으로는 노이즈가 아주 심한 경우에서도 인식률이 99%이상 보이며 속도계산 오차도 1d/s 이내로 정상인의 안진파형에서는 거의 0이다. 자세조절기능의 정확한 평가는 대형사고를 예방할 수 있고, 자동차, 선박, 항공기 등의 여행시 멀미증이 없는 쾌적한 환경을 제공하여 작업능율을 향상시킬 수 있기 때문에 산업전반의 생산성에 많은 기여를 할 것으로 생각되며, 진단시스템의 수입 대체로 국내관련 산업 분야를 촉진하게 될 것이다.

Claims (2)

1. 안구운동등 생체신호를 분석하고자 데이터의 기울기를 구함에 있어서 RLSM의 curve fitting을 이용하는 방법
2. 안구운동등 생체신호를 분석하고자 데이터의 기울기를 구함에 있어서 RLSM을 이용하여 여러 개씩 신호를 잘라 기울기를 구하고 연속하여 정해진 수만큼 음수가 되는 점을 찾은 후 전체의 기울기를 구하는 방법