KR20100137092A - A method and apparatus of diagnosing osteoporosis using rays - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 골다공증 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광을 이용한 골다공증 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring osteoporosis, and more particularly, to a method and apparatus for measuring osteoporosis using light.
현재 고령화 사회의 도래로 인하여, 노인의 건강에 대한 관심도가 특히 높아지고 있다. 특히 노인의 경우, 나이가 들어감에 따라 골밀도가 점차 저하되어, 뼈에 구멍이 형성되는 골다공증이 빈번하게 일어난다. 골다공증에 걸리게 되면, 작은 충격에도 뼈가 부러지고 부러진 뼈가 쉽게 접합되지 않는 등 매우 심각한 결과가 초래된다. 골다공증에 의하여 골절이 빈번히 일어나는 부위는 척추, 대퇴부, 손목 등으로 고령층의 경우에 이러한 부위의 골절은 생명에 위험을 줄 수 있다. 실제, 한국에서만 약 2백만 명 이상이 골다공증으로 고생하고 있을 것이라고 추정하고 있을 정도로, 골다공증은 점점 사회 문제로 부각되고 있다. 골다공증은 일단 발병하고 나면 정상 상태로 되돌릴 수 없으나, 골밀도의 저하를 일찍 발견하기만 하면 충분히 예방이 가능하기 때문에, 골다공증의 주기적인 진단이 필요하다.With the advent of an aging society, the interest in the health of the elderly is particularly high. Particularly in the elderly, as the age of the bone density gradually decreases, osteoporosis occurs frequently in which a hole is formed in the bone. Osteoporosis can have very serious consequences, such as broken bones and broken bones that are not easily joined by a small impact. Frequent fractures due to osteoporosis are the spine, thighs, wrists, etc. In older people, fractures in these areas can be life threatening. In fact, osteoporosis is increasingly a social problem, with an estimated 2 million people suffering from osteoporosis in Korea alone. Osteoporosis cannot be returned to its normal state once it develops, but it is necessary to periodically diagnose osteoporosis because it can be sufficiently prevented by early detection of a drop in bone density.
현재 X-ray 혹은 초음파를 이용하는 골밀도 측정기기를 사용하여 골다공증을 진단하고 있으나, 이러한 골밀도 측정 기기들은 고가이며, 장비가 크기 때문에 가정에서 간편하게 측정하거나, 헬스케어 장비에 손쉽게 적용되기 어려운 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기존과 다른 방식으로 골다공증을 측정할 수 있는 방법 및 장치를 개발할 필요가 있다. 현재 많이 사용되고 있는 광을 이용하는 진단장치 중의 하나인 산소포화도 측정 센서의 경우, 신체의 특정 부위를 투과한 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 각각의 전기신호들에 대하여, AC 성분과 DC 성분의 비를 구하고, 이들 비를 이용하여 산소포화도를 산출하고 있다. 이때, 서로 다른 파장을 갖는 투과된 광들에 대응하는 전기신호들의 DC 성분은, 특정 신체 부위의 뼈와 지방, 근육, 피부 각질에 의한 흡수도를 알려주는 지표이며, 입력된 광의 파장에 따라 흡수도가 다르기 때문에, DC 성분의 크기 역시 달라진다. 특히, 물리적인 측면에서, 짧은 파장을 갖는 광은 뼈와 같이 상대적으로 밀도가 높은 물질을 투과하기 힘든 반면, 긴 파장을 갖는 광은 모든 부위를 투과할 수 있기 때문에, 신체의 특정 부위를 투과한, 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들의 DC 성분들을 이용하여 골밀도를 추정할 수 있을 것으로 기대되며, 따라서 이와 같이 광을 이용한 골다공증 측정 방법 및 장치에 대한 개발 필요성이 있다.Currently, osteoporosis is diagnosed using a bone density measuring device using X-ray or ultrasound, but these bone density measuring devices are expensive and have a problem of being difficult to measure easily at home or easily applied to healthcare equipment because of their large equipment. In order to solve this problem, there is a need to develop a method and apparatus for measuring osteoporosis in a different manner from the conventional method. In the case of the oxygen saturation measuring sensor, which is one of the diagnostic devices using the light which is widely used, for each electric signal corresponding to at least two or more lights having different wavelengths transmitted through a specific part of the body, AC component and The ratio of DC component is calculated | required, and oxygen saturation degree is computed using these ratio. At this time, the DC component of the electrical signals corresponding to the transmitted light having a different wavelength, is an index indicating the absorbance by bone, fat, muscle, skin keratin of a specific body part, absorbance according to the wavelength of the input light Because of the difference, the size of the DC component is also different. In particular, from the physical point of view, light having a short wavelength is difficult to penetrate a relatively dense material such as bone, while light having a long wavelength can penetrate all parts of the body. In addition, it is expected that bone density may be estimated by using DC components of electrical signals corresponding to at least two or more lights having different wavelengths, and thus there is a need for developing a method and apparatus for measuring osteoporosis using light.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 신체의 특정부위에 조사되는 서로 다른 파장을 가지는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호의 DC 성분들을 이용하여 골밀도를 추정하고, 추정된 골밀도를 미리 정해진 골다공증 판단 기준 값과 비교하여 골다공증 예후를 판정함으로써, 기존의 X-ray 혹은 초음파를 이용하는 고가의 골밀도 측정기기를 사용하지 않고, 저렴하게 골다공증의 예후를 진단할 수 있는 광을 이용한 골다공증 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and estimates the bone density by using the DC components of the electrical signal corresponding to at least two or more lights having different wavelengths irradiated to a specific part of the body, and estimated By comparing bone mineral density with a predetermined osteoporosis judgment reference value, the prognosis of osteoporosis is determined, and light osteoporosis can be used to diagnose the prognosis of osteoporosis at low cost without using an expensive bone density measuring device using conventional X-ray or ultrasound. It aims at providing the measuring method and apparatus.
또한, 헬스케어 장비에 적용하여 가정이나 기타 장소에서도 손쉽게 골다공증의 예후를 진단할 수 있는 광을 이용한 골다공증 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a method and apparatus for measuring osteoporosis using light that can be applied to healthcare equipment to easily diagnose the prognosis of osteoporosis in the home or other places.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 방법은,Osteoporosis measurement method using light according to the characteristics of the present invention for achieving the above object,
(1) 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 신체의 특정 부위에 조사하는 단계;(1) irradiating at least two or more lights having different wavelengths to a specific part of the body;
(2) 상기 신체의 특정 부위를 투과한 광들을 수광하여, 전기적인 신호로 변환하는 단계;(2) receiving light transmitted through a specific part of the body and converting the light into an electrical signal;
(3) 상기 변환된 전기신호를 이용하여, 상기 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들의 DC 성분을 추출하는 단계;(3) extracting DC components of electrical signals corresponding to at least two or more lights having different wavelengths using the converted electrical signals;
(4) 상기 추출한 DC 성분들을 이용하여, 골밀도를 도출하는 단계; 및(4) deriving bone density using the extracted DC components; And
(5) 상기 도출된 골밀도에 기초하여, 골다공증 여부 및 정도를 진단하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.(5) On the basis of the derived bone density, characterized in that it comprises the step of diagnosing the degree and degree of osteoporosis.
바람직하게는, 상기 단계 (4)에서, 골밀도를 도출하기 위하여, Preferably, in step (4), to derive bone density,
상대적으로 긴 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분과 상대적으로 짧은 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분의 차를 구하는 단계; 및 상기 구해진 DC 성분의 차를 이용하여 골밀도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.Obtaining a difference between a DC component of an electrical signal corresponding to light having a relatively long wavelength and a DC component of an electrical signal corresponding to light having a relatively short wavelength; And estimating bone density using the obtained difference of DC components.
더욱 바람직하게는, 상기 골밀도를 추정하기 위하여, T-스코어 혹은 Z-스코어 방법을 이용할 수 있다.More preferably, in order to estimate the bone density, a T-score or Z-score method may be used.
바람직하게는, 상기 단계 (5)에서, 상기 도출된 골밀도를 미리 정해진 골다공증 판단 기준 값과 비교하여, 골다공증 여부 및 정도를 진단할 수 있다.Preferably, in step (5), it is possible to diagnose whether or not osteoporosis by comparing the derived bone density with a predetermined osteoporosis determination reference value.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 장치는,Osteoporosis measuring apparatus using light according to another feature of the present invention for achieving the above object,
(1) 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 신체의 특정 부위에 조사하는 광 조사 모듈;(1) a light irradiation module for irradiating a specific part of the body with at least two or more lights having different wavelengths;
(2) 상기 신체의 특정 부위를 투과한 광들을 수광하여, 전기적인 신호로 변환하는 광 검출 모듈;(2) a light detection module that receives the light transmitted through a specific part of the body and converts the light into an electrical signal;
(3) 상기 변환된 전기신호에서, 상기 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들을 분리하고, 상기 분리된 전기신호들의 DC 성분을 추출하는 신호 분리 모듈; 및(3) a signal separation module for separating electrical signals corresponding to at least two or more lights having different wavelengths from the converted electrical signal and extracting a DC component of the separated electrical signals; And
(4) 상기 추출한 DC 성분들을 이용하여 골밀도를 추정하고, 상기 추정된 골밀도에 기초하여, 골다공증 여부 및 정도를 진단하는 골다공증 진단 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.(4) comprising a osteoporosis diagnostic module for estimating bone density using the extracted DC components and diagnosing whether or not osteoporosis based on the estimated bone density.
바람직하게는, (5) 상기 진단된 골다공증 여부 및 정도를 표시하기 위한 표시 모듈을 더 포함할 수 있다.Preferably, (5) may further include a display module for displaying the diagnosis and degree of osteoporosis.
바람직하게는, (6) 상기 광 조사 모듈에서 상기 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 조사하는 순서, 및 상기 신호 분리 모듈에서 상기 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들을 분리하는 순서를 제어하는 타이밍 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.Preferably, (6) an order of irradiating at least two or more lights having different wavelengths in the light irradiation module, and an electrical signal corresponding to at least two or more lights having different wavelengths in the signal separation module It may further include a timing control module for controlling the order of separating them.
바람직하게는, 상기 광 조사 모듈은,Preferably, the light irradiation module,
서로 다른 파장을 가지는 적어도 두 개 이상의 광들을 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 발광 수단; 및 상기 발광 수단들을 제어하는 발광 수단 제어부를 포함할 수 있다.At least one light emitting means for irradiating at least two or more lights having different wavelengths; And a light emitting means controller for controlling the light emitting means.
바람직하게는, 상기 광 검출 모듈은,Preferably, the optical detection module,
상기 신체의 특정 부위를 투과한 광들을 수광하여, 이를 전류로 변환하는 광 검출기; 및A photo detector which receives the light transmitted through the specific part of the body and converts the light into a current; And
상기 광 검출기에서 발생된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환부를 포함할 수 있다.It may include a current-voltage converter for converting the current generated by the photo detector into a voltage.
바람직하게는, 상기 신호 분리 모듈은,Preferably, the signal separation module,
상기 광 검출 모듈로부터 입력되는 전기신호에서, 상기 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호 성분들을 분리하는 전기신호 분리부; 및An electrical signal separator configured to separate electrical signal components corresponding to at least two or more lights having different wavelengths from the electrical signal input from the optical detection module; And
상기 분리된 전기신호들의 DC 성분을 추출하는 DC 성분 추출부를 포함할 수 있다.It may include a DC component extraction unit for extracting the DC component of the separated electrical signals.
바람직하게는, 상기 골다공증 진단 모듈은,Preferably, the osteoporosis diagnostic module,
상기 획득한 전기신호들의 DC 성분의 차를 이용하여 골밀도를 추정하는 골밀도 추정부; 및A bone density estimator for estimating bone density using a difference between DC components of the obtained electrical signals; And
상기 추정된 골밀도에 기초하여, 골다공증 여부 및 정도를 판정하는 골다공 증 판정부를 포함할 수 있다.On the basis of the estimated bone density, it may include an osteoporosis determination unit for determining whether or not osteoporosis.
본 발명의 광을 이용한 골다공증 측정 방법 및 장치에 따르면, 신체의 특정부위에 조사되는 서로 다른 파장을 가지는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호의 DC 성분들을 이용하여 골밀도를 추정하고, 추정된 골밀도를 미리 정해진 골다공증 판단 기준 값과 비교하여 골다공증 예후를 판정함으로써, 기존의 X-ray 혹은 초음파를 이용하는 고가의 골밀도 측정기기를 사용하지 않고, 저렴하게 골다공증의 예후를 진단하는 것이 가능해진다.According to the method and apparatus for measuring osteoporosis using light of the present invention, bone density is estimated by using DC components of an electrical signal corresponding to at least two or more lights having different wavelengths irradiated to a specific part of the body, and estimated bone density By determining the osteoporosis prognosis by comparing with a predetermined osteoporosis judgment reference value, it becomes possible to diagnose the prognosis of osteoporosis at low cost without using an expensive bone density measuring apparatus using a conventional X-ray or ultrasound.
또한, 광을 이용하는 진단장치 중의 하나인 산소포화도 측정 센서가 부피가 작으면서도 간편하게 환자의 산소포화도 및 맥박수를 측정할 수 있는 점을 고려할 때, 광을 이용하는 골다공증 측정 장치 역시 부피를 작게 구현하여 헬스케어 장비에 적용할 경우, 가정이나 기타 장소에서도 손쉽게 골다공증의 예후를 진단하는 것이 가능해질 것으로 기대된다.In addition, considering that the oxygen saturation measurement sensor, which is one of the diagnostic devices using light, can measure oxygen saturation and pulse rate of a patient while having a small volume, the osteoporosis measuring device using light also implements a small volume of healthcare. When applied to equipment, it is expected that the prognosis of osteoporosis can be easily diagnosed at home or in other places.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 장치의 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광을 이용한 골다공증 측정 장치(10) 는, 광 조사 모듈(100), 광 검출 모듈(200), 신호 분리 모듈(300), 산소포화도 측정 모듈(400), 및 골다공증 진단 모듈(500)을 포함하여 구성되며, 표시 모듈(600) 및 타이밍 제어 모듈(700)을 더 포함할 수 있다.1 is a block diagram of an apparatus for measuring osteoporosis using light according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the osteoporosis measurement apparatus 10 using light includes a
광 조사 모듈(100)은, 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 신체의 특정 부위에 조사하기 위한 모듈로서, 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 발광 수단(110), 및 상기 발광 수단(110)을 제어하는 발광 수단 제어부(120)로 구성될 수 있다. 광들이 조사될 수 있는 신체의 특정부위에는, 손가락, 손목, 발목, 이마 등이 포함될 수 있다. 또한 발광 수단(110)은 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등으로 구현할 수 있다.The
광 검출 모듈(200)은, 신체의 특정 부위를 투과한 광들을 수광하여, 전기적인 신호로 변환하는 모듈로서, 신체의 특정 부위를 투과한 광들을 수광하고 이를 전류로 변환하는 광 검출기(210), 및 광 검출기(210)에서 발생하는 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환부(220)로 구성될 수 있다.The
신호 분리 모듈(300)은, 광 검출 모듈(200)로부터 입력된 전기신호에서 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호 성분들을 분리하고, 분리된 각각의 전기신호 성분들의 AC 및 DC 성분을 추출하는 모듈로서, 광 검출 모듈(200)로부터 입력된 전기신호에서 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이 상의 광들에 대응하는 전기신호 성분들을 분리하는 전기신호 분리부(310), 분리된 각각의 전기신호들의 AC 성분을 추출하는 AC 성분 추출부(320), 및 분리된 각각의 전기신호들의 DC 성분을 추출하는 DC 성분 추출부(330)로 구성될 수 있다.The
산소 포화도 측정 모듈(400)은, AC 성분 추출부(320) 및 DC 성분 추출부(330)로부터 입력되는 서로 다른 파장을 갖는 광들에 대응하는 전기신호들의 AC 성분 및 DC 성분들을 이용하여, 산소포화도를 산출하는 모듈로서, Beer-Lambert Law 등과 같은 공지의 산소포화도 측정 알고리즘을 이용하여 대략적인 산소포화도를 대표하는 수치를 산출하는 비율계산부(410), 및 산출된 산소포화도를 보정하기 위한 산소포화도 보정용 룩업테이블(420)로 구성될 수 있다. 산소포화도 보정용 룩업테이블(420)이 필요한 이유는 도 2를 통해 상세히 설명한다.Oxygen
골다공증 진단 모듈(500)은, DC 성분 추출부(330)로부터 입력되는 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들의 DC 성분들을 이용하여 골다공증 여부 및 정도를 진단하는 모듈로서, 이를 위해 적어도 두 개 이상의 광들 중에서 두 개의 광을 선택할 수 있으며, 선택된 두 개의 광 가운데서 상대적으로 긴 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분과 짧은 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분의 차를 이용하여, 골밀도를 추정하는 골밀도 추정부(510), 및 추정된 골밀도를 미리 정해진 골다공증 판단 기준 값과 비교하여 골다공증 여부 및 정도를 판단하는 골다공증 판정부(520)로 구성될 수 있다.Osteoporosis
표시 모듈(600)은, 진단된 골다공증 여부 및 정도를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 모듈로서, 액정표시장치(LCD) 등을 이용할 수 있다. 물론, 표시 대상이 골다공증 진단 결과로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 산소포화도 측정 모듈(400)에서 산출한 산소포화도도 표시할 수 있다.The
타이밍 제어 모듈(700)은, 광 조사 모듈(100)에서 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 조사하는 순서 및 도통 시간을 제어하고, 신호 분리 모듈(300)에서 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들을 분리하기 위한 스위칭 순서 및 시간을 제어하는 모듈이다.The
도 2는 특정 환자를 실제로 측정하여 획득한 산소포화도 수치(Empirical Calibration)와 Beer-Lambert Law를 이용하여 계산한 산소포화도 수치(Beer-Lambert Model)를 비교하는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, Beer-Lambert Law를 이용하면 산소포화도를 나타내는 지표인 R이 구해지며, 특정 R에 대한 산소포화도 수치는 미리 정해져 있다. 그러나 실제적인 산소포화도 수치는 Beer-Lambert Law에 의해 구해진 산소포화도 수치와 상당한 차이를 보이는데, 그 이유는 Beer-Lambert Law와 같은 기존의 산소포화도 측정 알고리즘들은 적혈구에 의해 발생하는 다양한 산란 효과를 단순화하여 산소포화도를 산출하기 때문이다. 따라서 먼저 산소포화도 측정 알고리즘을 적용하여 대략적인 산소포화도를 나타낼 수 있는 값을 구한 다음, 이값을 룩업 테이블의 인덱스로 사용하여, 실제 여러 명을 대상으로 산소포화도를 측정한 후 얻게 된 결과들을 기반으로 보정된 산소포화도 수치가 저장된 룩업 테이블을 열람함으로써, 산소포화도를 측정하는 방법을 일반적으로 이용하고 있다.2 is a diagram comparing the oxygen saturation level (Empirical Calibration) obtained by actually measuring a specific patient and the oxygen saturation level (Beer-Lambert Model) calculated using the Beer-Lambert Law. As shown in FIG. 2, when Beer-Lambert Law is used, R, an index indicating oxygen saturation, is obtained, and an oxygen saturation value for a specific R is predetermined. However, the actual oxygen saturation level is quite different from the oxygen saturation value obtained by Beer-Lambert Law, because the existing oxygen saturation algorithms such as Beer-Lambert Law simplify the various scattering effects caused by red blood cells. This is because the degree of oxygen saturation is calculated. Therefore, we first apply an oxygen saturation measurement algorithm to find a value that can represent an approximate oxygen saturation level, and then use this value as an index of the lookup table. The method of measuring oxygen saturation is generally used by viewing a lookup table in which a corrected oxygen saturation value is stored.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 방법의 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 방법은, 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 신체의 특정 부위에 조사하는 단계(S100), 신체의 특정 부위를 투과한 광들을 수광하여 전기적인 신호로 변환하는 단계(S200), 변환된 전기신호를 이용하여, 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들의 DC 성분들을 추출하는 단계(S300), 추출한 DC 성분들을 이용하여 골밀도를 도출하는 단계(S400), 및 도출된 골밀도에 기초하여, 골다공증 여부 및 정도를 진단하는 단계(S500)를 포함한다.3 is a flowchart illustrating a method for measuring osteoporosis using light according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 3, osteoporosis measuring method using light according to an embodiment of the present invention, the step of irradiating at least two or more lights having a different wavelength to a specific part of the body (S100), the specific body Receiving the light transmitted through the portion and converting the light into an electrical signal (S200), extracting DC components of the electrical signals corresponding to at least two or more lights having different wavelengths by using the converted electrical signal ( S300), deriving bone density using the extracted DC components (S400), and diagnosing osteoporosis whether or not based on the derived bone density (S500).
단계 S100에서는, 적어도 하나 이상의 발광 수단을 순차적으로 도통하여, 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들을 신체의 특정 부위에 조사한다.In step S100, at least one or more light emitting means are sequentially conducted to irradiate a specific part of the body with at least two or more lights having different wavelengths.
단계 S200에서는, 신체의 특정 부위를 투과한 광들을 수광하고, 이를 전기적인 신호로 변환한다. 신체의 특정 부위를 투과한 광들에 대응하는 전기신호들은, 시간에 의해 변함이 없이 흡수되는 광의 양에 의해 결정되는 DC 성분과, 심장 박동 에 의하여 동맥 및 동맥을 지나는 피의 양이 달라짐에 따라 변화하는 흡수되는 광의 양에 의해 결정되는 AC 성분으로 구성되며, 일반적으로 AC 성분의 크기는 DC 성분의 크기에 비해 매우 작다.In step S200, the light transmitted through a specific part of the body is received and converted into an electrical signal. The electrical signals corresponding to the lights transmitted through a specific part of the body are changed as the DC component determined by the amount of light absorbed without change over time and the amount of blood passing through the arteries and arteries by the heartbeat. It consists of an AC component that is determined by the amount of light absorbed, and in general, the size of the AC component is very small compared to the size of the DC component.
단계 S300에서는, 서로 다른 파장을 갖는 적어도 두 개 이상의 광들에 대응하는 전기신호들의 DC 성분들을 추출한다. DC 성분은 특정 신체 부위의 뼈와 지방, 근육, 피부 각질에 의한 흡수도를 알려주는 지표이며, 입력된 광의 파장에 따라 흡수도가 다르므로 DC 성분의 크기 역시 달라진다. 또한, 일반적으로 짧은 파장을 갖는 광은 뼈와 같은 밀도가 높은 물질을 통과하기 어렵고, 긴 파장을 갖는 광은 모든 부분을 투과할 수 있기 때문에, 이러한 물리적인 특성을 이용하여 골밀도를 추정하기 위하여, 서로 다른 파장을 갖는 광들에 대응하는 전기신호들의 DC 성분들을 추출한다.In operation S300, DC components of electrical signals corresponding to at least two or more lights having different wavelengths are extracted. The DC component is an indicator of absorbance by bones, fats, muscles, and keratin of specific body parts. Since the absorbance varies depending on the wavelength of the input light, the size of the DC component is also changed. In addition, since light having a short wavelength is generally difficult to pass through a dense material such as bone, and light having a long wavelength can transmit all parts, in order to estimate bone density using these physical properties, DC components of electrical signals corresponding to lights having different wavelengths are extracted.
단계 S400에서는, 추출한 DC 성분들을 이용하여 골밀도를 도출한다. 이를 위해 서로 다른 파장을 가지는 적어도 두 개 이상의 광들 중에 두 개의 광을 선택할 수 있으며, 선택된 두 개의 광들에 대응하는 전기신호의 DC 성분의 차를 이용하여 골밀도를 도출할 수 있다. 단계 S300에서 추출한 DC 성분들을 이용하여 골밀도를 도출하는 자세한 방법은 도 4에서 상세히 설명한다.In step S400, bone density is derived using the extracted DC components. To this end, two lights may be selected from at least two lights having different wavelengths, and bone density may be derived by using a difference of DC components of an electrical signal corresponding to the selected two lights. A detailed method of deriving bone density using the DC components extracted in step S300 will be described in detail with reference to FIG. 4.
단계 S500에서는, 도출된 골밀도에 기초하여, 골다공증 여부 및 정도를 진단 한다. 단계 S400을 통해 도출된 골밀도 수치를 미리 정해진 골다공증 판단 기준 값과 비교함으로써, 골다공증 여부 및 정도를 진단할 수 있다.In step S500, based on the derived bone density, it is diagnosed whether or not osteoporosis. By comparing the bone density value derived through the step S400 with a predetermined osteoporosis determination reference value, it is possible to diagnose whether or not osteoporosis.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 방법의 단계 S400에 대한 상세 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 단계 S400은 상대적으로 긴 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분과 상대적으로 짧은 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분의 차를 구하는 단계(S410) 및, 구해진 DC 성분의 차를 이용하여 골밀도를 추정하는 단계(S420)를 포함할 수 있다.4 is a detailed flowchart of step S400 of the osteoporosis measuring method using light according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, step S400 is a step of obtaining a difference between a DC component of an electrical signal corresponding to light having a relatively long wavelength and a DC component of an electrical signal corresponding to light having a relatively short wavelength (S410). And estimating bone density using the obtained difference of DC components (S420).
단계 S410에서는, 상대적으로 긴 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분과 상대적으로 짧은 파장을 갖는 광에 대응하는 전기신호의 DC 성분의 차를 구하고, 이를 골밀도를 추정하기 위한 기본 정보로서 이용한다.In step S410, the difference between the DC component of the electrical signal corresponding to the light having a relatively long wavelength and the DC component of the electrical signal corresponding to the light having a relatively short wavelength is obtained and used as basic information for estimating bone density. .
단계 S420에서는, 단계 S410을 통해 구해진 DC 성분의 차를 이용하여 골밀도를 추정한다. 기존의 골밀도 추정 방법은 신체의 특정부위를 X-ray나 초음파로 촬영하여 측정값을 얻고, T-스코어나 Z-스코어 같은 방식을 적용하여 골밀도를 추정한다. T-스코어 및 Z-스코어는 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 표기할 수 있다.In step S420, the bone density is estimated using the difference of the DC components obtained in step S410. Conventional bone density estimation method uses X-ray or ultrasound to take measurements of specific parts of the body and estimates bone density by applying T-score or Z-score. T-scores and Z-scores can be expressed as in Equations 1 and 2 below.
수학식 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, T-스코어는 특정 신체부위의 측정치가 젊은 집단, 예를 들면 건강한 성인의 동일 신체부위에 대한 측정치에 비해 어떠한지를 나타내는 지표이다. 또한 수학식 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, Z-스코어는 특정 신체부위의 측정치가 동일한 신체부위에 대한, 동일 집단의 이론적인 정상 측정치에 비해 어떠한지를 나타내는 지표이다. 최근에는 골절의 위험도를 평가하는데 T-스코어가 유용한 개념으로 임상에서 많이 사용되고 있다. T-스코어 혹은 Z-스코어를 이용하면 측정값에 대한 골밀도 추정치가 나오게 되는데, 이 값과 미리 정한 골다공증 판단 기준 값과 비교하여 골다공증의 여부 및 정도를 판정하게 된다. 예를 들어, T-스코어를 이용하여 골다공증을 진단하는 경우, 특정 신체부위에 대한 T-스코어 값이 0보다 크면 건강한 성인의 특정 신체부위에 대한 골밀도보다 좋다는 것을 의미하며, -1보다 크고 0보다 작으면 정상수치, -2.5 이상 -1.0 미만은 골량 감소, -2.5 미만이면 골다공증으로 현재 판정하고 있다.As can be seen from Equation 1, the T-score is an index indicating how the measurement of a particular body part is compared to the measurement of the same body part of a young group, for example, a healthy adult. Also, as can be seen from Equation 2, the Z-score is an index indicating how the measurement of a particular body part is compared to the theoretical normal measurement of the same group for the same body part. Recently, T-score has been widely used in clinical practice to evaluate the risk of fracture. Using a T-score or a Z-score yields an estimate of bone density for the measured value, and compares this value with a pre-determined osteoporosis criteria to determine whether or not osteoporosis is present. For example, in the diagnosis of osteoporosis using a T-score, if the T-score for a particular body part is greater than zero, it means that it is better than the bone density for that particular body part of a healthy adult, and is greater than -1 and greater than zero. If it is small, it is currently judged as normal value, -2.5 or more and -1.0 or less, bone loss, and less than -2.5, osteoporosis.
본 발명에서는 광을 이용하여 골밀도를 추정하기 위하여, 단계 S410을 통해 구해진 DC 성분의 차를 측정값으로 이용하고, T-스코어 혹은 Z-스코어를 적용하여 골밀도를 추정한다. 이를 위해, 특정 신체 부위에 대한 성별 혹은 나이에 따라 구분되는 여러 집단의 측정값들에 대한 표준편차와 평균값, 및 골다공증을 판단하기 위한 기준 값을 임상적인 실험을 통해 미리 결정할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 골밀도를 추정한 다음, 미리 정해진 골다공증 판단 기준 값과 비교함으로써, 골다공증 여부 및 정도를 진단할 수 있다.In the present invention, in order to estimate the bone density using light, the difference of the DC component obtained through step S410 is used as a measured value, and the bone density is estimated by applying a T-score or a Z-score. To this end, the standard deviation and mean value of the measurements of the various groups divided by sex or age for a specific body part, and the reference value for determining osteoporosis can be determined in advance through clinical experiments. By estimating bone density in the same manner as above, and comparing it with a predetermined osteoporosis determination reference value, it is possible to diagnose whether or not osteoporosis.
본 발명의 광을 이용한 골다공증 측정 방법 및 장치를 이용하면, 기존의 X-ray 혹은 초음파를 이용하는 고가의 골밀도 측정기기를 사용하지 않고, 저렴하게 골다공증의 예후를 진단할 수 있으며, 또한 광을 이용하는 진단장치 중의 하나인 산소포화도 측정 센서가 부피가 작으면서도 간편하게 환자의 산소포화도 및 맥박수를 측정할 수 있는 점을 고려할 때, 광을 이용하는 골다공증 측정 장치 역시 부피를 작게 구현하여 헬스케어 장비에 적용할 경우, 가정이나 기타 장소에서도 손쉽게 골다공증의 예후를 진단할 수 있을 것으로 기대된다.By using the method and apparatus for measuring osteoporosis using light of the present invention, it is possible to diagnose the prognosis of osteoporosis at a low cost without using an expensive bone density measuring apparatus using a conventional X-ray or ultrasound, and also diagnose using light. Considering the fact that one of the devices, the oxygen saturation measuring sensor can measure the oxygen saturation and the pulse rate of the patient in a small volume, can easily measure the oxygen saturation and the pulse rate of the patient, the osteoporosis measuring device using the light also implements a small volume and applied to the health care equipment. It is expected that the prognosis of osteoporosis can be easily diagnosed at home or elsewhere.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention described above may be variously modified or applied by those skilled in the art, and the scope of the technical idea according to the present invention should be defined by the following claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 장치의 블록도.1 is a block diagram of an apparatus for measuring osteoporosis using light according to an embodiment of the present invention.
도 2는 특정 환자를 실제로 측정하여 획득한 산소포화도 수치(Empirical Calibration)와 Beer-Lambert Law를 이용하여 계산한 산소포화도 수치(Beer-Lambert Model)를 비교하는 도면.2 is a view comparing the oxygen saturation level (Empirical Calibration) obtained by actually measuring a specific patient and the oxygen saturation level (Beer-Lambert Model) calculated using the Beer-Lambert Law.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 방법의 흐름도.3 is a flow chart of a method for measuring osteoporosis using light according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광을 이용한 골다공증 측정 방법의 상기 단계 S400에 대한 상세 흐름도.4 is a detailed flowchart of the step S400 of the osteoporosis measuring method using light according to an embodiment of the present invention.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10: 광을 이용한 골다공증 측정 장치 10: osteoporosis measuring apparatus using light
100: 광 조사 모듈 400: 산소 포화도 측정 모듈100: light irradiation module 400: oxygen saturation measurement module
110: 발광 수단 410: 비율계산부110: light emitting means 410: ratio calculator
120: 발광 수단 제어부 420: 산소포화도 보정용 룩업테이블120: light emitting means control unit 420: lookup table for oxygen saturation correction
200: 광 검출 모듈 500: 골다공증 진단 모듈200: optical detection module 500: osteoporosis diagnostic module
210: 광 검출기 510: 골밀도 추정부210: light detector 510: bone density estimation unit
220: 전류-전압 변환부 520: 골다공증 판정부220: current-voltage converter 520: osteoporosis determination unit
300: 신호 분리 모듈 600: 표시 모듈300: signal separation module 600: display module
310: 전기신호 분리부 700: 타이밍 제어 모듈310: electrical signal separation unit 700: timing control module
320: AC 성분 추출부320: AC component extraction unit
330: DC 성분 추출부330: DC component extraction unit
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KR1020090055330A KR20100137092A (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | A method and apparatus of diagnosing osteoporosis using rays |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013070032A1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-05-16 | 주식회사 아이엠헬스케어 | System for diagnosing osteoporosis and bone turnover rate and method for same |
WO2020124151A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Australian Institute of Robotic Orthopaedics Pty Ltd | Intelligent tissue classifier of bone and soft tissue |
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- 2009-06-22 KR KR1020090055330A patent/KR20100137092A/en not_active Application Discontinuation
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WO2020124151A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Australian Institute of Robotic Orthopaedics Pty Ltd | Intelligent tissue classifier of bone and soft tissue |
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