KR20170017135A - 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템 - Google Patents

평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템 Download PDF

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Abstract

후두 운동 상태의 분석을 위한 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템은, 성대를 관찰하는 후두경, 성대를 비추기 위한 광원, 상기 후두경 및 상기 광원을 통해 관찰된 영상을 두 개로 분리시키는 빔 스플리터를 구비하여, 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 획득하는 비디오 카메라, 상기 비디오 카메라로부터 전송되는 두 개의 비디오 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 듀얼 이미지 캡처부, 디지털 영상 신호를 저장하는 저장부, 상기 저장부의 영상 신호를 분석하게 하여 모니터에 상기 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상에 대한 분석 결과를 동시에 디스플레이하는 제어부, 및 상기 저장부의 영상 신호를 분석하는 분석 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터, 및 촬영 영상 및 분석 결과를 디스플레이하는 모니터를 포함한다.

Description

평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템{LARYNMEAL ENDOSCOPE SYSTEM INCLUDING 2D SCAN VIDEO KYMOGRAPHY AND LARYNGEAL STROBOSCOPY}
본 발명은 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 하나의 후두경에서 관찰할 수 있는 영상을 두 개의 영상으로 분리하여 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 후두 스트로보스코피 영상을 동시에 획득할 수 있는 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 관한 것이다.
사람의 후두는 언어를 통한 의사 전달을 위한 발성 기관으로서, 발성시 내쉬는 호흡의 공기 흐름을 따라 후두내 성대(vocal cords)가 초당 약 100회에서 350회의 진동을 하게 된다. 그런데, 목소리가 변하는 질병 상태에서는 성대 점막의 운동이 불규칙적이고 비대칭적이 되거나, 또는 진동이 감소하고 심하면 없어지기도 한다.
발성 시 하기도로 흡입된 공기는 성문 하부에서 닫혀져 있는 성대에 의하여 압력이 증가하게 되고, 그 압력이 성대의 저항보다 커지게 되면 성대의 하연(inferior margin)에서 상연(superior margin)으로 향하는 공기의 흐름이 형성되면서 성대가 열리게 된다. 이 공기의 흐름에 의하여 성대 점막에 점막파가 생기게 되며, 점막파의 속도나 강도 등의 특성이 목소리의 질을 결정한다. 즉, 성대는 수십~수백 Hz로 대칭적으로 빠르게 진동하면서 성문 하부에서 생성된 성문 하부 압력(sub-glottal pressure)을 소리 에너지로 변환시켜주는 역할을 한다. 그러나, 성대 결절이나 성대 마비 등이 있는 경우, 점막파의 대칭성이 저하되고, 효과적인 에너지의 전환을 불가능하게 하여 애성(쉰목소리)을 초래한다.
따라서, 목소리의 이상을 진찰할 때 성대 점막의 운동 상태, 즉 성대 진동을 파악하는 것은 반드시 필요하다. 이를 위하여 현재 쓰이고 있는 방법들 중 하나는 스트로보스코프(stroboscope)를 이용하는 것이다. 이러한 스트로보스코프를 이용하여, 성대의 초당 100에서 350회의 빠른 움직임을 느린 동작으로 관찰할 수 있는 비디오스트로보스코피(videostroboscopy)를 이용하는 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 비디오스트로보스코피로 관찰할 수 있는 영상은 실제 정확한 한 사이클(주기) 성대의 진동을 보여주는 것이 아니라는 근본적인 문제점이 있다. 아울러, 성대 운동의 각 싸이클 간의 변이가 크거나, 발성 시 성대간의 간격이 크면서 주기적 반복성이 결여된, 즉 비주기성 발성장애 환자에서는 의미 있는 해석이 불가능하여, 전체적인 성대 점막의 움직임을 정성적으로 기술할 수밖에 없다. 또한, 일부나 전부 또는 특정 부위의 세세한 성대 점막의 움직임을 개별적으로 식별할 수는 없다는 등의 해결해야 할 문제점을 가지고 있다. 또한 스트로보스코피 영상은 다분히 주관적으로 관찰할 수밖에 없기 때문에, 정확한 해석을 위해서는 숙련된 경험자의 판단이 필요하다.
이때, 스트로보스코프에서는 필수적으로 광원이 필요하게 되는데, 스트로보 광원은 고속으로 움직이는 물체에 연속적이 아닌 단속적으로 빛을 비춘다. CCD 카메라는 광원이 켜져 있는 동안만 영상을 획득하여 모니터 상에 보여주며, 이 때 스트로보 광원이 단속되는 속도를 조절하면 저속도로 움직이는 물체의 영상을 얻을 수 있다. 그러나, 종래의 스트로보스코프는 단속적으로 발광하는 스트로보 광원을 만들어 내기 위한 광원 장치가 큰 부피 및 중량을 갖도록 구성되며, 많은 전력을 소모하고 장비의 가격이 고가라는 문제점이 제시되었다. 또한 종래의 스트로보스코프는 스트로보 광원이 카메라의 샘플링 속도와 동기화 되지 않을 때, 영상이 어두워져서 대상물을 선명하게 관찰할 수 없는 경우가 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 단점을 극복하기 위한 또 다른 성대 진동 검사 방법으로 선상 비디오카이모그라피(line scanning videokymography) 기술이 1996년 스벡 등 (Svec JG, Schutte HK)에 의해 개발되었다. 이 방법은 검사 도중에 검사자가 임의로 선택한 성대의 한 부분, 즉 한 선상에 대해 초당 약 8000 프레임의 연속된 선상의 움직임에 대한 영상을 얻어 모니터에 나타내는 방법이다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 슬릿(slit)이 있는 성대의 한 부분에 대해 고속촬영을 함으로써 그 부분만의 움직임을 촬영하는 것이다. 그러나, 이의 단점은 성대 전체의 관찰이 아닌 한 선상의 일부분에 대한 평가라는 점이다. 즉 피검자가 한번 발성을 할 때 단지 한 라인에 대한 카이모그램(Kymogram) 밖에 얻을 수 없고, 이를 얻는 동안 전체 영역의 움직임을 관찰할 수 없으므로, 환자의 움직임 등에 의한 왜곡을 제대로 판단할 수 있는 기준이 없다는 등의 문제점들이 있었다.
그 외 초고속 촬영 방법(ultra-high speed digital image)을 이용하여 촬영된 영상을 재조정하여 다중 선상 비디오카이모그라피(multi-line videokymography)를 이용하는 방법도 있으나, 성대 전체의 관찰이 아니라는 점은 선상 비디오카이모그라피와 동일하고 특별히 고안된 고가의 CCD 카메라 등의 부수적인 장비가 필요하여 사용에 제한이 많은 실정이다.
라인스캔 비디오카이모그라피와 초고속 촬영 방법의 문제점을 해소하기 위해 후두 포토카이모그라피 원리를 이용하여 성대 전 지역의 진동 상태를 실시간으로 검사할 수 있는 평면 스캔 비디오카이카이모그라피(2D scanning videokymography; 2D VKG)가 개발되었다. 2D VKG는 환자의 움직임 등에 의한 왜곡을 피할 수 있으며, 저장된 영상을 컴퓨터의 소프트웨어 상에서 주관적인 지표들을 추출하고, 사용자의 간섭을 최소화하여 정량화 할 수 있도록 하며, 동시에 양측 성대 전 지역의 진동 양상을 비교, 관찰하여 점막 운동 상태의 분석이 가능하다. 하지만 2D VKG의 경우 모든 성대의 움직임을 표현하기 위해 성대가 다이아몬드 형태로 왜곡되어 보이기 때문에 후두 스트로보스코피처럼 실제 성대의 움직임을 보여 주지는 못한다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 강직형 또는 굴곡형 후두 내시경에서 단속 광원이 아닌 연속 광원을 이용하되, 빔 스플리터를 이용하여 하나의 후두경에서 관찰할 수 있는 영상을 두 개의 영상으로 분리하고, 분리된 영상을 두 개의 카메라 모듈에 각각 투사 시켜 동시에 두 가지 방법으로 성대를 촬영할 수 있는 평면 스캔 카이모그라피 기능과 후두 스트로보스코피 기능을 동시에 제공하는 비디오 후두 내시경 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 성대의 일부분이 아닌 성대 전 지역의 진동 상태를 실시간으로 추출하고 성대 전 지역의 점막의 운동 상태를 분석할 수 있는 평면 스캔(2D scanning) 카이모그라피(videokymography) 기능 및 단속적으로 발광하는 스트로보 광원이 아닌 빔 스플리터를 통과한 연속광원을 이용한 후두 스트로보스코피 이미지를 동시에 획득할 수 있는 기능을 갖는 비디오 후두 내시경 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템으로서, 성대를 관찰하는 후두경, 성대를 비추기 위한 광원, 상기 광원을 두 개로 분리시키는 빔 스플리터를 구비하여, 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 획득하는 비디오 카메라, 상기 비디오 카메라로부터 전송되는 두 가지 비디오 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 듀얼 이미지 캡처부, 디지털 영상 신호를 저장하는 저장부, 상기 저장부의 영상 신호를 분석하게 하여 모니터에 상기 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상에 대한 분석 결과를 동시에 디스플레이하는 제어부, 및 상기 저장부의 영상 신호를 분석하는 분석 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터, 및 상기 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 상기 스트로보스코피 영상을 동시에 디스플레이하고, 상기 분석 결과를 디스플레이하는 모니터를 포함한다.
바람직하게, 상기 비디오 카메라는 롤링 셔터를 구비하여 성대 점막을 스캔함으로써 평면 스캔 카이모그라피를 획득하는 제1 카메라 모듈 및 스트로보스코피 영상을 획득하는 제2 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈은 셔터 스피드를 1/1000초 이상으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 카메라 모듈은 상기 광원으로부터 얻어지는 빛에 의해 해당 제공되는 광학적 신호를 아날로그 영상신호로 취득하고, 상기 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하고, 셔터 타임 및 샘플링 속도를 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 광원은 제논(Xenon) 연속 광원일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면은, 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에서 수행되는 후두 운동 상태의 분석방법으로서, (a) 후두경, 광원, 및 비디오 카메라를 이용하여 성대의 움직임을 촬영한 카이모그라피 영상 및 성문의 움직임을 촬영한 스트로보스코피 영상을 듀얼 이미지 캡처부를 통하여 저장부에 저장하는 단계, (b) 제어부는 저장부의 소정 개수의 영상 프레임을 프레임별로 구성하여 모니터에 디스플레이하고, 사용자가 관찰을 원하는 프레임을 마우스나 키보드로 선택할 수 있도록 메뉴 화면을 구성하여 디스플레이하는 단계, 및 (c) 분석 소프트웨어는 상기 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 분석하여 관찰된 성대 및 성문에 대한 정규화된 지표를 동시에 디스플레이하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계에서, 발성하지 않는 상태로 성대 및 성문 전 부위를 촬영한 후, “이” 또는 “에” 를 발성하게 하여 성대 진동부 전 부위의 움직임 및 성문의 운동 상태를 촬영할 수 있다.
바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 정규화된 지표로서 성문 종축 길이에 대한 평균 성대폭, 성대개방 기간과 전체 기간의 비율인 성문 개방율, 양쪽 성대의 열리는 정도 차이인 비대칭 지수, 기본주파수, 진동 강도, 진동의 규칙성, 점막 파동, 진동의 대칭성, 외측 경계 모양, 내측 경계 모양, 주기 이상, 또는 성대점막의 진동소실을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실시간으로 성대의 전 영역에서의 평면 스캔 카이모그라피 영상과 스트로보스코피 영상을 비교할 수 있으므로, 후두 운동에 대한 진단과 차후의 예후 추적에 용이한 효과가 있다.
또한 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 저장하여, 검사자가 비디오를 통해 영상을 주의 깊게 반복 관찰할 수 있어 좀 더 정확하고 의미 있는 파라미터인 기본주파수, 점막 파동, 진동의 대칭성, 진동 강도, 진동의 규칙성, 위상차, 성대점막의 진동소실(absence of vibration of the vocal fold), 주변 환경에 따른 간섭(interference of surroundings with the vocal folds), 폐쇄 지속기(duration of glottal closure), 좌우비대칭(left-right asymmetry), 점막파동(presence of mucosal waves), 주기 다양성(type of cycle-to-cycle variability), 좌우 비대칭(left-right asymmetry), 외측 및 내측 경계의 모양(shapes of the lateral and medial peaks), 주기 이상(cycle aberrations) 등의 지표의 객관적인 분석이 가능하고, 검사 결과를 보존할 수 있는 효과를 가지고 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 정규화된 지표들은 성대의 진동 상태를 가시화하고 정량화하는데 유용하여, 후두기능의 객관적인 진단이 가능한 효과가 있다.
또한, 종래의 스트로보스코프에 비하여 구성이 간단하며 부피 및 중량이 작게 되어 경제적으로 유리한 효과가 있고, 한번의 촬영으로 평면 스캔 카이모그라피 이미지와 후두 스트로보스코피 이미지를 동시에 획득하고 관찰할 수 있기 때문에 위에서 제시한 파라미터들에 대한 정확한 분석이 가능하며, 따라서, 의학적 또는 산업적으로 더 많은 분야에서 다수에 의하여 사용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 라인 스캔 비디오카이모그라피(line scanning videokymography)의 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 라인 스캔 비디오카이모그라피 시스템에 의해 촬영된 영상 화면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명에서 사용되는 평면 스캔 카이모그라피의 원리를 설명하기 위한 개략도로서, 도 4a는 성대 전체 즉 평면 스캔의 원리이고, 도 4b는 평면 스캔한 성대 전체의 영상을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 의한 후두 운동상태의 분석방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 정상인의 후두 내시경 영상 화면이다.
도 7은 본 발명에서 획득되는 평면 스캔 카이모그라피 영상 화면을 나타낸다.
도 8은 종래 기술에 의한 라인 스캔 카이모그라피와 본 발명에 의한 평면 스캔 카이모그라피의 비교 영상이다.
도 9는 본 발명의 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 의해 촬영된 영상 화면을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템의 개략적인 블록도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 후두 운동 상태의 분석을 위한 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템은 후두경(10), 광원(20), 비디오 카메라(30), 컴퓨터(40) 및, 모니터(미도시)를 포함한다. 여기에서, 비디오 카메라(30)는 빔 스플리터(32), 제1 카메라 모듈(34), 및 제2 카메라 모듈(36)을 포함하고, 컴퓨터(40)는 듀얼 이미지 캡처부(42), 저장부(44), 제어부(46), 및 분석 소프트웨어(48)를 포함한다.
도 3의 구성에 있어서, 후두경(10)은 성대를 관찰할 수 있는 기구로서, 비디오 카메라(30)와 연결되어 성대 및 성문을 포함한 후두의 영상을 촬영할 수 있게 한다. 후두경(10)으로는 강직형 또는 굴곡형이 모두 가능하다. 일 실시예에서, 후두경(10)은 이하에서 설명될 비디오 카메라(30)와 일체형으로 구현될 수 있다.
비디오 카메라(30)는 후두경(10)으로부터 관찰된 영상을 녹화 및 저장하기 위한 장치이다. 보다 구체적으로, 비디오 카메라(30)는 빔 스플리터(32)를 구비하여 후두경(10)으로부터 촬영된 영상을 두 개로 분리시키고, 두 개로 분리된 영상 각각을 제1 카메라 모듈(34) 및 제2 카메라 모듈(36)에 투사시켜 평면 스캔 카이모그라피 및 스트로보스코피를 추출한다.
제1 카메라 모듈(34)은 종래기술에 의한 라인 스캔 카이모그라피 방식이 아니라, 평면 스캔 카이모그라피를 추출하는 것이다. 제1 카메라 모듈(34)에 대하여는, 이하, 도 4를 참조하여, 보다 상세하게 설명한다.
제2 카메라 모듈(36)은 고속으로 주기 운동하는 후두의 성문의 영상을 처리하고 관찰함으로써 스트로보스코피 영상을 획득한다. 보다 구체적으로, 제2 카메라 모듈(36)은 후두경(10)과 광원(20)으로부터 얻어지는 영상에 의해 해당 제공되는 광학적 신호를 아날로그 영상신호로 취득하고, 아날로그 영상신호를 디지털 영상 신호로 변환하며, 셔터 타임 및 샘플링 속도를 조절한다. 즉, 제2 카메라 모듈(36)을 통하여 고속도로 반복되는 대상물의 주기 운동을 적당한 저속도로 샘플링함으로써 반복되고 있는 움직임의 한 주기 성분을 완전히 추출할 수 있다.
예를 들어, 제2 카메라 모듈(36)은 CCD 카메라로 구현될 수 있고, Full HD 급 화상의 카메라 내 디지털 신호 처리(Digital Signal Process, DSP)를 통하여 제2 카메라 모듈(36)의 기능이 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 카메라 모듈(36)은 조정된 셔터 시간 및 샘플링 속도에 따라 성문운동을 영상화 하며, 아날로그 영상을 디지털화한다. 보다 구체적으로, 제2 카메라 모듈(36)의 셔터 타임은 작을수록 좋으며, 셔터 타임이 크면 하나의 영상은 정지영상이 아닌 연속된 영상으로 획득되며, 관찰자가 대상물의 주기 운동하는 상태를 선명하게 관찰할 수 없게 된다.
일 실시예에서, 제2 카메라 모듈(36)은 광원(20)의 밝기에 따라서 셔터 타임을 조절할 수 있고, 샘플링 속도를 조절하여, 고속으로 운동하여 육안으로는 관찰할 수 없는 후두 성문의 운동을 저속으로 운동하는 영상 또는 정지된 영상처럼 보이게 할 수 있다. 즉, 후두가 정확히 닫히고 열리는지가 관찰될 수 있다. 예를 들어, 후두의 성문이 발성 시 초당 100~250 번 정도 열리고 닫히는 경우에, 제2 카메라 모듈(36)의 셔터 타임은 후두의 성문 운동 분석 시 적어도 0.35 주기 이하(보다 바람직하게는, 0.1 주기 이하)에 해당하는 시간 간격을 가지도록 조절될 수 있고, 모니터(50)로 출력되는 성문 운동을 정확하게 관찰할 수 있도록 샘플링 속도가 조절될 수 있다. 또한, 영상화된 성문운동은 모니터(50)를 통하여 순차적인 정지영상이 연속적으로 출력되는 과정이 반복될 수 있다.
제2 카메라 모듈(36)은 종래 기술에 의한 단속광원을 이용한 스트로보스코프 방식이 아니라, 연속 적인 광원(20)을 사용하여 대상물을 선명하게 관찰할 수 있어 성능적인 측면에서 보다 우수한 스트로보스코프 영상을 추출한다.
컴퓨터(40)는 범용의 개인용 컴퓨터로서, 듀얼 이미지 캡처부(42), 저장부(44), 제어부(46) 및, 분석 소프트웨어(48)를 포함한다. 듀얼 이미지 캡처부(42)는 이미지 캡쳐 보드(image capture board)의 형태로서, 비디오 카메라(30)로부터 전송되는 비디오 신호를 컴퓨터(40)가 처리할 수 있는 디지털 영상 신호로 변환하는 역할을 하며, 각종 영상 편집 등이 용이한 범용의 영상 신호 처리 보드를 사용할 수 있다. 통상적으로 슬롯 형태로 컴퓨터(40)의 본체 기판 확장 버스에 삽입하여 사용할 수 있는 보조 기판 형태를 이용할 수 있다.
컴퓨터(40)의 제어부(46)는 듀얼 이미지 캡처부(42)로부터 전송된, 예를 들어 연속된 초당 25 ~ 30 프레임의 디지털 영상 신호를 저장부(44)에 저장한 후, 후두 운동 상태의 분석을 위하여 분석 소프트웨어(48)를 제어한다. 즉, 제어부(46)는 저장부(44)에 옮겨진 영상 신호를 분석하여 모니터(미도시)에 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상에 대한 분석 결과 즉, 성대의 진동 상태 및 성문의 운동 상태를 가시화하고 성대 및 성문에 대한 정량화된 임상 지표를 디스플레이 한다.
도 4는 본 발명에서 사용되는 평면 스캔 카이모그라피의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4a에 도시된 것처럼, 평면 스캔 카이모그라피를 위해 비디오 카메라(30)의 제1 카메라 모듈(34)을 정지된 상태로 놓고 이동 슬릿의 틈을 통해 성대 점막을 스캔함으로써 성대 전체 즉, 평면적인 스캔을 할 수 있게 된다. 구체적으로, 도 4b에 도시된 것처럼, 가느다란 슬릿 셔터가 성대 영상의 평면에서 이동하고, 필름은 그 동안 노출되어 있다. 이러한 절차로 얻어진 영상은 후두의 전체 이미지에 대하여 다른 시간 단계에서 캡처한 여러 개의 이미지 행을 순차적으로 하나의 전체 이미지로 만들어 보여주게 되므로, 전체 후두의 역동적인 이미지를 나타낸다.
이를 위해 비디오 카메라(30)의 제1 카메라 모듈(34)은 고감도 및 고해상도 방식이며, 롤링 셔터(rolling shutter)를 구비한다. 바람직하게, 제1 카메라 모듈(34)은 롤링 셔터 방식의 CMOS 카메라 모듈을 이용할 수 있고, 영상의 해상도를 높이기 위해 셔터 스피드는 1/1000초 이상 고속으로 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우 화면이 굉장히 어두워질 수 있기 때문에, 화면을 밝게 하기 위해 광원(20)으로서 고감도 및 고휘도 광원을 사용할 수 있다. 바람직하게는 성대를 비추는 광원(20)으로서 매우 밝은 제논(Xenon) 광원을 사용한다. 또한 본 발명에서 광원(20)은 기존 스트로보스코피 방식에서 사용하던 단속 광원(스트로보 광원)이 아닌 상기의 매우 밝은 제논 연속 광원을 이용할 수 있다.
이러한 후두경(10), 광원(20) 및 제1 카메라 모듈(34)에 해당하는 롤링 셔터 카메라를 이용하여 정상인 또는 성대 기능에 이상이 있는 환자들을 대상으로 편안한 상태에서 특정음(“이” 또는 ”에”)을 발성하게 하면서 성대를 촬영한다. 이리하여 소정 포맷, 예를 들어 AVI 방식으로 녹화한 영상으로 연속된 소정 개수, 예를 들어 초당 25 ~ 30 프레임 동영상을 녹화하고 이를 재생하여 출력한다.
다음에, 상술한 구성을 갖는 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 후두 운동 상태의 분석방법에 대해 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 의한 후두 운동상태의 분석방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 먼저 후두경(10), 광원(20) 및, 비디오 카메라(30)를 이용하여 성대의 움직임을 촬영한 카이모그라피 영상 및 성문의 움직임을 촬영한 스트로보스코피 영상을 듀얼 이미지 캡처부(42)를 통하여 컴퓨터(40)의 저장부(44)에 저장한다(단계 S210).
후두 운동 상태의 분석을 위해, 예를 들어, 발성하지 않는 상태로 성대 전 부위를 촬영한 후, “이” 또는 “에” 를 발성하게 하여 성대 진동부 전 부위의 움직임을 촬영하여 평면 스캔 카이모그램으로 변환시킬 수 있고, 성문의 운동 상태를 관찰하여 스트로보스코피 영상을 획득할 수 있다.
다음에, 컴퓨터(40)의 제어부(46)는 저장부(44)의 소정 개수의 프레임을 프레임별로 정지화면으로 구성하여 모니터에 디스플레이하고, 사용자가 관찰을 원하는 프레임을 마우스나 키보드로 선택할 수 있도록 메뉴 화면을 구성하여 디스플레이 한다(단계 S220).
다음에, 컴퓨터(40)의 분석 소프트웨어(48)는 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 분석하여 관찰된 성대 및 성문에 대한 정규화된 각종 지표, 예를 들면 성문 종축 길이에 대한 평균 성대폭, 성대개방 기간과 전체 기간의 비율인 성문 개방율, 양쪽 성대의 열리는 정도 차이인 비대칭 지수, 기본주파수, 진동 강도, 진동의 규칙성, 점막 파동, 진동의 대칭성, 외측 경계 모양, 내측 경계 모양, 주기 이상, 성대점막의 진동소실 등을 정규화하여 디스플레이한다(단계 S230). 이를 이용하여 보다 객관적이고 정확한 상태 평가가 가능하다.
이하, 도 6 ~ 도 8을 참조하여, 본 발명의 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 의해 획득된 평면 스캔 카이모그라피 영상에 대해 종래의 기술과 비교하여 설명한다.
도 6은 정상인의 후두 내시경 영상 화면을 나타내고, 도 7은 본 발명의 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 의해 촬영된 평면 스캔 카이모그라피 영상 화면을 나타낸다. 도 7은 정상 성인 남자의 발성시의 평면 스캔 카이모그램 영상 화면으로서, 디지털 형식으로 저장된 비디오 영상의 연속된 25 ~ 30 프레임을 듀얼 이미지 캡처부(42)를 이용하여 컴퓨터(40)의 저장부(44)로 옮긴 후 모니터(미도시)에 디스플레이하였다.
구체적으로, 도 7a는 정상 남자의 저음 발성시의 평면 스캔 카이모그램 영상 화면, 도 7b는 정상 남자의 고음 발성시의 평면 스캔 카이모그램 영상 화면, 도 7c는 정상 남자의 가성(falsetto voice) 발성시의 평면 스캔 카이모그램 영상 화면이다.
도 8은 종래 기술에 의한 라인 스캔 비디오카이모그라피(a)와 본 발명에 의한 평면 스캔 비디오카이모그라피(b)의 비교 영상이다.
도 8의 (a)는 성대의 한 부분에 대한 움직임을 촬영하는 라인 스캔 카이모그라피이다. 종래기술에 의한 영상인 (a)의 단점은 성대 전체의 관찰이 아닌 한 선상의 일부분에 대한 평가라는 점이다. 즉 피검자가 한번 발성을 할 때 단지 한 라인에 대한 카이모그램(kymogram) 밖에 얻을 수 없고, 이를 얻는 동안 전체 영역의 움직임을 관찰할 수 없으므로, 환자의 움직임 등에 의한 왜곡을 제대로 판단할 수 있는 기준이 없다는 등의 문제점들이 있다. 도 8의 (b)는 성대의 전체 부분에 대한 움직임을 촬영하는 본 발명에 의한 평면 스캔 카이모그라피 영상이다. (b) 영상에 의하면 (a) 영상의 단점을 보완하여 성대 전체의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있기 때문에, 환자의 움직임 등에 의한 왜곡을 최소할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 의해 촬영된 영상 화면을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템을 이용하면, 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 동시에 획득할 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, 본 발명을 통하여 획득될 수 있는 영상의 개념을 도시한 것으로서, 본 발명의 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템을 이용하면, 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상이 동시에 획득되고, 좌측에는 스트로보스코피 영상, 우측에는 평면 스캔 카이모그라피 영상이 배치되도록 하여, 관찰자가 두 영상을 동시에 볼 수 있도록 도 9의 (a)와 같이 디스플레이 된다. 일 실시예에서, 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상의 배치는 관찰자의 설정에 의하여 변경될 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 본 발명을 통하여 획득될 수 있는 영상의 예시로서, 왼쪽에 있는 영상은 스트로보스코피 영상이고, 오른쪽에 있는 영상은 평면 스캔 카이모그라피 영상이다. 본 발명에 의하여, 두 개의 영상을 동시에 획득하고, 동시에 디스플레이 할 수 있어, 후두의 상태를 보다 객관적이고 정확하게 판단할 수 있다.
즉, 종래에는, 스트로보스코피 영상만 촬영되고 획득되거나 또는 평면 스캔 카이모그라피 영상만 촬영되고 획득될 수 있었으나, 본 발명은 광원(20), 및 빔 스플리터(32), 제1 카메라 모듈(34) 및 제2 카메라 모듈(36)을 포함하는 비디오 카메라(30)를 이용하여, 스트로보스코피 영상 및 평면 스캔 카이모그라피 영상을 동시에 획득하고 디스플레이 할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
10: 후두경 20: 광원
30: 비디오 카메라 32: 빔 스플리터
34: 제1 카메라 모듈 36: 제2 카메라 모듈
40: 컴퓨터 42: 듀얼 이미지 캡처부
44: 저장부 46: 제어부
48: 분석 소프트웨어

Claims (8)

  1. 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에 있어서,
    성대를 관찰하는 후두경;
    성대를 비추기 위한 광원;
    상기 후두경 및 상기 광원을 통해 관찰된 영상을 두 개로 분리시키는 빔 스플리터를 구비하여, 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 획득하는 비디오 카메라;
    상기 비디오 카메라로부터 전송되는 두 개의 비디오 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 듀얼 이미지 캡처부, 디지털 영상 신호를 저장하는 저장부, 상기 저장부의 영상 신호를 분석하게 하여 모니터에 상기 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상에 대한 분석 결과를 동시에 디스플레이하는 제어부, 및 상기 저장부의 영상 신호를 분석하는 분석 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터; 및
    상기 평면 스캔 카이모그라피 영상 및 상기 스트로보스코피 영상을 동시에 디스플레이하고, 상기 분석 결과를 디스플레이하는 모니터를 포함하는 비디오 후두 내시경 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비디오 카메라는
    롤링 셔터를 구비하여 성대 점막을 스캔함으로써 평면 스캔 카이모그라피를 획득하는 제1 카메라 모듈; 및
    스트로보스코피 영상을 획득하는 제2 카메라 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 후두 내시경 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈은
    셔터 스피드를 1/1000초 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 비디오 후두 내시경 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 카메라 모듈은
    상기 후두경과 상기 광원으로부터 얻어지는 영상에 의해 제공되는 광학적 신호를 아날로그 영상신호로 취득하고, 상기 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하고, 셔터 타임 및 샘플링 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 비디오 후두 내시경 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원은 제논(Xenon) 연속 광원인 것을 특징으로 하는 비디오 후두 내시경 시스템.
  6. 평면 스캔 비디오 카이모그라피와 후두 스트로보스코피 기능이 있는 비디오 후두 내시경 시스템에서 수행되는 후두 운동 상태의 분석방법에 있어서,
    (a) 후두경, 광원, 및 비디오 카메라를 이용하여 성대의 움직임을 촬영한 카이모그라피 영상 및 성문의 움직임을 촬영한 스트로보스코피 영상을 듀얼 이미지 캡처부를 통하여 저장부에 저장하는 단계;
    (b) 제어부는 저장부의 소정 개수의 영상 프레임을 프레임별로 구성하여 모니터에 디스플레이하고, 사용자가 관찰을 원하는 프레임을 마우스나 키보드로 선택할 수 있도록 메뉴 화면을 구성하여 디스플레이하는 단계; 및
    (c) 분석 소프트웨어는 상기 카이모그라피 영상 및 스트로보스코피 영상을 분석하여 관찰된 성대 및 성문에 대한 정규화된 지표를 동시에 디스플레이하는 단계를 포함하는 후두 운동 상태의 분석방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (a) 단계에서,
    발성하지 않는 상태로 성대 및 성문 전 부위를 촬영한 후, “이” 또는 “에” 를 발성하게 하여 성대 진동부 전 부위의 움직임 및 성문의 운동 상태를 촬영하는 것을 특징으로 하는 후두 운동 상태의 분석방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
    정규화된 지표로서 성문 종축 길이에 대한 평균 성대폭, 성대개방 기간과 전체 기간의 비율인 성문 개방율, 양쪽 성대의 열리는 정도 차이인 비대칭 지수, 기본주파수, 진동 강도, 진동의 규칙성, 점막 파동, 진동의 대칭성, 외측 경계 모양, 내측 경계 모양, 주기 이상, 또는 성대점막의 진동소실을 포함하는 것을 특징으로 하는 후두 운동 상태의 분석방법.
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