KR20170099715A - 관절 가동성 자동측정장치 및 이를 이용한 관절 가동성 자동측정방법 - Google Patents

관절 가동성 자동측정장치 및 이를 이용한 관절 가동성 자동측정방법 Download PDF

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Abstract

환자의 자세변경에 따른 모습을 실시간으로 삼차원 스캐닝하는 삼차원 스캔장치; 상기 삼차원 스캔장치에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 관절 가동성 기초정보를 추출하는 정보추출부; 상기 정보추출부로부터 추출된 관절 가동성 기초정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산하는 계산부;를 포함하는 관절 가동성 자동 측정장치 및 이를 이용한 관절 가동성 자동측정방법을 제공하여, 3D 스캐닝을 이용하여 특정 신체부위의 회전각과 길이를 측정하고, 이를 통해 환자의 관절가동성을 산출함으로써, 의사나 검사자의 숙련도 등의 변수에 좌우되지 않고 관절가동성 항목을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

Description

관절 가동성 자동측정장치 및 이를 이용한 관절 가동성 자동측정방법{Automatic Measuring System for Range of Motion and Automatic Measuring Method for range of Motion Using the Same}
본 발명은 관절 가동성 자동측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 스캐닝을 이용하여 환자의 관절 가동성을 측정하는 관절 가동성 자동측정장치 및 이를 이용한 관절 가동성 자동측정방법에 관한 것이다.
척추 관절염 환자를 진단하기 위해서는 척추의 운동능력을 살펴볼 필요가 있는데, 이와 같이 척추의 운동능력을 살펴보는 지표로 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(Bath Ankylosing Spondylitis Metrology Index, 이하 BASMI 지수)가 의료계에서 널리 활용되고 있다.
BASMI 지수는 요추굴곡, 경추회전, 귀(이주)에서 벽까지의 거리, 요추 외측 굴곡, 발목 안쪽 복숭아뼈 사이의 거리, 흉곽 팽창 등의 운동범위를 측정하여 이를 0(경증) 내지 10(중증) 등급으로 표시하는 것이다.
한편, 이와 같은 BASMI 항목들의 측정은, 검사자가 환자로 하여금 소정의 동작을 취하도록 한 다음 환자 신체부위의 회전각이나 길이 등을 직접 측정함으로써 이루어지게 된다. 따라서, 검사자가 이를 정확히 측정하기가 어려울 뿐만 아니라, 검사자의 숙련도에 따라 차이가 있을 수 밖에 없으며, 이에 따라 이를 활용하여 정확한 BASMI 지수를 산출하는데에 어려움이 있다.
더욱이, 척추 관절염은 환자의 관절이 점차 굳어가는 질환으로 환자의 관절 가동성의 변화를 보다 정확하고 민감하게 파악하는 것이 중요하므로, BASMI 지수를 보다 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
한국공개특허공보 제2008-0109379호 (2008.12.17 공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 3D 스캐닝을 이용하여 특정 신체부위의 회전각과 길이를 측정하고, 이를 통해 환자의 관절가동성을 산출하는 관절 가동성 자동측정장치 및 이를 이용한 관절 가동성 자동측정방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치는, 환자의 자세변경에 따른 모습을 실시간으로 삼차원 스캐닝하는 삼차원 스캔장치; 상기 삼차원 스캔장치에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 관절 가동성 기초정보를 추출하는 정보추출부; 상기 정보추출부로부터 추출된 관절 가동성 기초정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산하는 계산부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치에서, 상기 관절 가동성 기초정보는, 환자의 자세변경에 따른 안면각도 정보 및 관절위치 정보일 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치에서, 상기 삼차원 스캔장치는, 환자의 정면에 위치하는 정면 스캐너, 환자의 측면에 위치하는 측면스캐너 및 환자의 상측에 위치하는 상부스캐너를 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치에서, 상기 삼차원 스캔장치는, 이미지 센서 및 레이저 센서를 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치는, 환자의 자세변경을 가이드하기 위한 예시를 화면으로 출력하는 디스플레이부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치에서, 상기 디스플레이부는, 환자의 자세를 실시간으로 화면으로 출력할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치는, 환자가 등 또는 엉덩이를 대고 서있을 수 있도록 하는 보조벽;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치에서, 상기 관절 가동성 항목은, 목 구부림(Neck Flexion and Extension), 목 회전(Neck Rotation), 목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion), 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance), 손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance), 허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension), 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion), 복사 사이의 거리(Intermalleolar Distance)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정방법은, 환자의 자세변경에 모습을 실시간으로 삼차원 스캐닝하는 삼차원 스캐닝 단계; 상기 삼차원 스캔장치 단계에서 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 관절 가동성 기초정보를 추출하는 관절 가동성 기초정보 추출단계; 및 상기 관절 가동성 기초정보 추출단계에서 추출된 관절 가동성 기초정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산하는 관절 가동성 항목 계산단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정방법은, 환자의 자세변경을 가이드하기 위한 예시를 화면으로 출력하는 자세변경 유도 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 관절 가동성 자동측정장치 및 이를 이용한 관절 가동성 자동측정방법에 의하면, 3D 스캐닝을 이용하여 특정 신체부위의 회전각과 길이를 측정하고, 이를 통해 환자의 관절가동성을 산출함으로써, 의사나 검사자의 숙련도 등의 변수에 좌우되지 않고 관절가동성 항목을 보다 정확하게 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동 측정장치의 개념도.
도 2는 좌표계를 정의하기 위한 참고도.
도 3의 (a) 내지 (c)는 안면각도 정보를 설명하기 위한 참조도.
도 4의 (a) 내지 (c)는 안면각도 정보를 추출하기 위한 환자(P)의 자세변경을 설명하는 참조도.
도 5는 환자(P)의 관절위치를 번호로 표기한 참조도.
도 6 내지 10은 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI) 항목을 설명하기 위한 참고도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동측정방법의 순서도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동 측정장치(100)의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동 측정장치(100)는 환자(P)의 자세를 스캐닝하는 삼차원 스캔장치(110), 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 정보를 추출하는 정보추출부(120), 상기 정보추출부(120)로부터 추출된 정보로부터 관절가동성을 계산하는 계산부(130), 및 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다.
한편, 도 2는 좌표계를 정의하기 위한 참고도이다. 도 2를 참조하여 좌표계에 대해서 정의하면, X방향은 좌우방향일 수 있으며, 이는 상기 환자(P)의 좌측어깨로부터 우측어깨로 향하는 방향 또는 우측어깨로부터 좌측어깨로 향하는 방향일 수 있다. Y방향은 상하방향일 수 있으며, 지면으로부터 상기 환자(P)의 머리를 향하는 방향 혹은 상기 환자(P)의 머리로부터 지면을 향하는 방향일 수 있다. 아울러, Z방향은 전후방향일 수 있으며, 상기 환자(P)의 등으로부터 가슴으로 향하는 방향 혹은 가슴으로부터 등으로 향하는 방향일 수 있다.
삼차원 스캔장치(110)는 상기 환자(P)의 자세변경에 따른 모습을 실시간으로 삼차원 스캐닝할 수 있다. 이를 위해, 상기 삼차원 스캐장치(110)는 정면센서(111), 측면센서(112), 및 상부센서(113)를 구비할 수 있다.
이때에, 상기 정면센서(111), 측면센서(112) 및 상부센서(113)는 각각 이미지 센서 및 레이저 센서를 구비할 수 있다.
이를 통해, 상기 삼차원 스캔장치(110)는 상기 환자(P)의 자세변경에 따른 모습을 실시간으로 스캐닝 할 수 있게 된다.
한편, 상기 정면센서(111)는 상기 환자(P)의 정면에 위치할 수 있다. 다시 말해서, 상기 정면센서(111)는 상기 환자(P)의 Z방향 전방(前方)에 위치할 수 있다. 이를 통해 상기 정면센서(111)는 상기 환자(P)의 자세변경에 따른 정면모습에 대한 스캐닝 데이터를 측정할 수 있다.
다른 한편으로, 상기 측면센서(112)는 상기 환자(P)의 측면에 위치할 수 있다. 다시 말해서, 상기 측면센서(112)는 상기 환자(P)의 X방향 우측 또는 좌측에 위치할 수 있다. 이를 통해 상기 측면센서(112)는 상기 환자(P)의 자세변경에 따른 측면모습에 대한 스캐닝 데이터를 측정할 수 있다.
아울러, 상기 상부센서(113)는 상기 환자(P)의 상부에 위치할 수 있다. 다시 말해서, 상기 상부센서(113)는 Y방향 상측에 위치할 수 있다. 이를 통해 상기 상부센서(113)는 상기 환자(P)의 자세변경에 따른 평면모습에 대한 스캐닝 데이터를 측정할 수 있다.
정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 관절 가동성 기초정보를 추출할 수 있다. 여기에서, 상기 관절 가동성 기초정보는 환자(P)의 자세변경에 따른 안면각도 정보 및 관절위치 정보일 수 있다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 안면각도 정보를 설명하기 위한 참조도이고, 도 4의 (a) 내지 (c)는 안면각도 정보를 추출하기 위한 환자(P)의 자세변경을 설명하는 참조도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 상기 안면각도 정보는 피치(Pitch), 요(Yaw) 및 롤(Roll)의 각도정보로 구성될 수 있고, 상기 환자(P)는 피치(Pitch), 요(Yaw) 및 롤(Roll)의 각도정보를 추출하기 위해, 도 4의 (a) 내지 (c)에서 각각 도시하는 바와 같이, 자세를 변경할 수 있다.
이때에, 상기 정보추출부(120)는 상기 측면센서(112)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 측면모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해서 피치(Pitch) 각도 정보를 추출할 수 있다. 또한, 상기 정보추출부(120)는 상기 상부센서(113)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 평면모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해서 요(Yaw) 각도 정보를 추출할 수 있으며, 상기 정면센서(111)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 정면모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해 롤(Roll) 각도 정보를 추출할 수 있다.
도 5는 환자(P)의 관절위치를 번호로 표기한 참조도이다.
도 5를 참조하면, 환자(P)의 20곳의 관절위치를 1 내지 20으로 구분하여 표기할 수 있다. 즉, 엉덩이 중앙(Hip Center, 1), 척추(Spine, 2), 어깨 중앙(Shoulder Center, 3), 머리(Head, 4), 우측 어깨(Shoulder Right, 5), 우측 팔꿈치(Elbow Right, 6), 우측 손목(Wrist Right, 7), 우측 손(Hand Right, 8), 좌측 어깨(Shoulder Left, 9), 좌측 팔꿈치(Elbow Left, 10), 좌측 손목(Wrist Left, 11), 좌측 손(Hand Left, 12), 우측 엉덩이(Hip Right, 13), 우측 무릎(Knee Right, 14), 우측 발목(Ankle Right, 15), 우측 발(Foot Right, 16), 좌측 엉덩이(Hip Left, 17), 좌측 무릎(Knee Left, 18), 좌측 발목(Ankle Left, 19), 좌측 발(Foot Left, 20)에 대해 순차적으로 1 내지 20으로 표기할 수 있다.
여기에서, 상기 정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔 장치에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 상기 1 내지 20의 관절위치의 위치정보를 추출할 수 있다. 다시 말해서 상기 정보추출부(120)는 상기 1 내지 20의 관절위치의 x, y, z 좌표를 추출할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 상기 정보추출부(120)는 상기 정면센서(111)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 정면 모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해 상기 1 내지 20의 관절위치의 x,y 좌표를 추출할 수 있고, 상기 측면센서(112)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 측면 모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해 상기 1 내지 20의 관절위치의 y,z좌표를 추출할 수 있으며, 상기 상부센서(113)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 평면 모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해 1 내지 20의 관절위치의 x,z 좌표를 추출할 수 있다.
이를 통하여, 상기 정보추출부(120)는 상기 1 내지 20의 관절위치의 좌표, 즉 (x1, y1, z1) 내지 (x20, y20, z20)을 추출할 수 있다.
계산부(130)는 상기 정보추출부(120)로부터 추출된 관절 가동성 기초정보, 즉 환자(P)의 자세변경에 따른 안면각도 및 관절위치 정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산할 수 있다. 여기에서 상기 관절 가동성 항목은 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI, Bath Ankylosing Spondylitis Metrology Index)일 수 있다.
도 6 내지 10은 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI) 항목을 설명하기 위한 참고도이다.
바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI)는 경추부 회전(Cervical Spine Rotation), 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance, 도 6), 손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance, 도 7), 허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension, 도 8), 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion, 도 9), 복사 사이의 거리(Intermalleolar Distance, 도 10)를 포함한다. 이때에, 상기 경추부 회전(Cervical Spine Rotation)은 목 구부림(Neck Flexion and Extension), 목 회전(Neck Rotaion), 목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion) 항목으로 구성된다.
다시 말해서, 상기 계산부(130)는 상기 정보추출부(120)로부터 추출된 피치(Pitch), 요(Yaw), 롤(Roll) 각도 정보를 포함하는 안면각도 정보 및 상기 1 내지 20의 관절위치의 좌표를 기초로, 상기 목 구부림(Neck Flexion and Extension), 목 회전(Neck Rotation), 목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion), 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance), 손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance), 허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension), 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion), 복사 사이의 거리(Intermalleolar Distance)를 계산할 수 있다.
디스플레이부(140)는 제1모니터(141), 제2모니터(142) 및 제3모니터(143)를 구비할 수 있다.
상기 제1모니터(141)는 환자(P)가 상기 관절 가동성 항목을 계산하기 위해 필요한 자세를 하도록 하기 위한 예시화면을 출력할 수 있다. 한편, 상기 제2모니터(142)는 환자(P)가 취하고 있는 현 자세를 화면으로 출력할 수 있다. 즉, 상기 제1모니터(141)를 통해서는 예시화면을 출력하고, 상기 제2모니터(142)를 통해서는 현재 환자(P)가 취하고 있는 자세를 출력함으로써, 환자(P)가 예시화면과 동일한 동작을 취할 수 있도록 유도할 수 있다.
다른 한편으로, 상기 제3모니터(143)는 상기 계산부(130)에 의해 계산된 관절 가동성 항목의 결과치를 화면으로 출력되도록 할 수 있다. 이를 통해서, 의사 또는 검사자가 상기 환자(P)의 관절 가동성 항목의 값을 인지하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동 측정장치(100)는 환자가 등 또는 엉덩이 부분을 대고 서 있을 수 있도록 하는 보조벽(150)을 더 포함할 수 있다.
상기 보조벽(150)은, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance) 항목을 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 이를 위해서, 상기 보조벽(150)의 전면(前面)은 x축 및 y축을 포함하는 평면과 평행하도록 구비될 수 있다.
이하, 상기 각각의 관절 가동성 항목의 계산방법에 대해 상세히 설명한다.
목 구부림(Neck Flexion and Extension)
도 4의 (a)와 같이, 환자(P)가 목 구부림(Neck Flexion and Extension)을 측정하기 위한 동작을 취하면, 상기 정보추출부(120)는 상기 측면센서(112)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 측면모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해서 피치(Pitch) 각도 정보를 추출한다.
이후, 상기 계산부(130)는 상기 피치(Pitch) 각도 정보를 바탕으로 피크 검출 알고리즘(Peak Detection Algorithm)을 적용하여 환자(P)의 자세변경 중의 피치(Pitch) 각도의 피크(Peak) 값을 검출할 수 있다. 여기에서, 상기 계산부(130)는 도 3에서 도시하는 바와 같이, 0을 기준으로 시계방향의 경우에는 양(+)의 값으로 하고, 반시계방향의 경우에는 음(-)의 값으로 할 수 있다. 다시 말해서, 상기 계산부(130)는 상기 피치(Pitch) 각도의 양의 피크(peak) 값과 음의 피크(peak) 값을 산출할 수 있다.
이때에, 상기 피치(Pitch) 각도의 양의 피크(Peak) 값은 목 구부림(Neck Flexion) 값이 되고, 음의 피크(Peak) 값은 목 젖힘(Neck Extension) 값이 된다.
목 회전(Neck Rotation)
도 4의 (b)와 같이, 환자(P)가 목 회전(Neck Rotation)을 측정하기 위한 동작을 취하면, 상기 정보추출부(120)는 상기 상부센서(113)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 평면모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해서 요(Yaw) 각도 정보를 추출한다.
이후, 상기 계산부(130)는 상기 요(Yaw) 각도 정보를 바탕으로 피크 검출 알고리즘(Peak Detection Algorithm)을 적용하여 환자(P)의 자세변경 중의 요(Yaw) 각도의 피크(Peak) 값을 검출할 수 있다.
이때에, 상기 요(Yaw) 각도의 양의 피크(Peak) 값은 우측 목 회전(Neck Rotation - Right) 값이 되고, 음의 피크(Peak) 값은 좌측 목 회전(Neck Rotation - Left) 값이 된다.
목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion)
도 4의 (c)와 같이, 환자(P)가 목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion)을 측정하기 위한 동작을 취하면, 상기 정보 추출부(120)는 상기 정면센서(111)에 의해 스캐닝된 환자(P)의 자세변경에 따른 정면모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해서 롤(Roll) 각도 정보를 추출한다.
이후, 상기 계산부(130)는 상기 롤(Roll) 각도 정보를 바탕으로 피크 검출 알고리즘(Peak Detection Algorithm)을 적용하여 환자(P)의 자세변경 중의 롤(Roll) 각도의 피크(Peak) 값을 검출할 수 있다.
이때에, 상기 롤(Roll) 각도의 양의 피크(Peak) 값은 좌측 목 구부림(Neck Lateral Flexion - Left) 값이 되고, 음의 피크(Peak) 값은 우측 목회전(Neck Lateral Flexion - Right) 값이 된다.
이주에서 벽까지의 거리( Tragus to Wall Distance)
도 6에서 도시하는 바와 같이, 환자(P)가 보조벽(150)에 최대한 가까이 서도록 한 후, 상기 삼차원 스캔장치(110)는 상기 측면 센서(112)에 의해 환자(P)의 측면모습을 스캐닝할 수 있다.
이후, 상기 정보추출부(120)는, 상기 측면센서(112)에 의해 스캐닝된 환자(P)에 측면 모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해, 상기 환자(P)의 이주(Tragus)의 Z좌표를 추출할 수 있다.
아울러, 상기 정보추출부(120)는 상기 보조벽(150) 전면(前面)의 Z좌표 또한 추출할 수 있다.
이때에, 상기 계산부(130)는 상기 이주(Tragus)의 Z좌표와 사기 보조벽(150) 전면(前面)의 Z좌표의 차이를 계산할 수 있으며, 이 값이 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance)가 된다.
손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance)
도 7에서 도시하는 바와 같이, 환자(P)가 손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance)를 측정하기 위한 자세를 취하면, 상기 삼차원 스캔장치(110)는 상기 정면센서(111), 측면센서(112), 상부센서(113)를 통하여 환자의 모습을 실시간으로 스캐닝할 수 있다.
이후, 상기 정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 우측 손(8), 좌측 손(12), 우측 엉덩이(13), 우측 무릎(14), 우측 발목(15), 우측 발(16), 좌측 엉덩이(17), 좌측 무릎(18), 좌측 발목(19), 좌측 발(20)의 관절위치 정보인 각각의 x, y, z좌표를 추출할 수 있다. 즉, 상기 정보추출부(120)는, (x8, y8, z8), (x12, y12, z12), (z13, y13, z13), (x14, y14, z14),...,(x20, y20, z20)을 추출할 수 있다.
아울러, 상기 정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 삼각법을 이용해 손중심으로부터 손가락 끝까지의 길이(β)를 추출할 수 있다.
한편, 상기 계산부(130)는 상기 정보추출부(120)에서 추출된 관절 위치 정보중 아래 조건을 모두 만족하는 값만을 선별할 수 있다. 이는 측정중에 환자(P)의 자세가 흐트러져 측정값에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
Max(x13, x14, x15) - Min(x13, x14, x15) ＜ α
Max(x17, x18, x19) - Min(x17, x18, x19) ＜ α
Max(z13, z14, z15) - Min(z13, z14, z15) ＜ α
Max(z17, z18, z19) - Min(z17, z18, z19) ＜ α
여기에서, Max(x13, x14, x15)는 x13, x14, x15 중 최대값을 의미하고, Min(x13, x14, x15)는 x13, x14, x15 중 최소값을 의미한다. 한편, α는 허용오차로서, 상기 계산부(130)에 미리 입력될 수 있다.
이후, 상기 계산부(130)는 아래의 수식을 통해 손가락부터 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance)를 계산할 수 있다.
Finger to Floor Distance = [Mean(y8, y12) - β] - Mean(y16, y20)
여기에서, Mean(y8, y12)는 y8과 y12의 평균값을 의미한다.
허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension)
도 8에서 도시하는 바와 같이, 환자(P)가 허리굽힘(Lumbar Flexion and Extension)을 측정하기 위한 자세를 취하면, 상기 삼차원 스캔장치(110)는 상기 정면센서(111), 측면센서(112), 상부센서(113)를 통하여 환자의 모습을 실시간으로 스캐닝할 수 있다.
이후, 상기 정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 엉덩이 중앙(1), 어깨 중앙(3), 우측 엉덩이(13), 우측 무릎(14), 우측 발목(15), 좌측 엉덩이(17), 좌측 무릎(18), 좌측 발목(19)의 관절위치 정보인 각각의 x, y, z좌표를 추출할 수 있다. 즉, 상기 정보추출부(120)는, (x1, y1, z1), (x3, y3, z3), (z13, y13, z13), (x14, y14, z14), (x15, y15, z15), (z17, y17, z17), (x18, y18, z18), (x19, y19, z19)를 추출할 수 있다.
한편, 상기 계산부(130)는 상기 정보추출부(120)에서 추출된 관절 위치 정보중 아래 조건을 모두 만족하는 값만을 선별할 수 있다. 이는 측정중에 환자(P)의 자세가 흐트러져 측정값에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
Max(x13, x14, x15) - Min(x13, x14, x15) ＜ α
Max(x17, x18, x19) - Min(x17, x18, x19) ＜ α
Max(z13, z14, z15) - Min(z13, z14, z15) ＜ α
Max(z17, z18, z19) - Min(z17, z18, z19) ＜ α
이후, 상기 계산부(130)는 아래 식을 통해 허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension) 항목을 계산할 수 있다.
Lumbar Flexion and Extension = 180°- ∠[(y3,z3),(y1,z1),(y18,z18)]
여기에서 ∠[(y3,z3),(y1,z1),(y18,z18)]은 y-z 평면상에서 (y1,z1)을 중심으로 (y3,z3) 및 (y1,z1)을 잇는 직선과 (y1,z1) 및 (y18,z18)을 잇는 직선이 이루는 각을 의미한다.
허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion)
도 9에서 도시하는 바와 같이, 환자(P)가 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion)을 측정하기 위한 자세를 취하면, 상기 삼차원 스캔장치(110)는 상기 정면센서(111), 측면센서(112), 상부센서(113)를 통하여 환자의 모습을 실시간으로 스캐닝할 수 있다.
이후, 상기 정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 척추(2), 어깨 중앙(3), 머리(4), 우측 손(8), 좌측 손(12), 우측 엉덩이(13), 우측 무릎(14), 우측 발목(15), 우측 발(16), 좌측 엉덩이(17), 좌측 무릎(18), 좌측 발목(19), 좌측 발(20)의 관절위치 정보인 각각의 x, y, z좌표를 추출할 수 있다. 즉, 상기 정보추출부(120)는, (x2, y2, z2), (x3, y3, z3), (x4, y4, z4), (x8, y8, z8), (x12, y12, z12), (z13, y13, z13), (x14, y14, z14),...,(x20, y20, z20)을 추출할 수 있다.
한편, 상기 계산부(130)는 상기 정보추출부(120)에서 추출된 관절 위치 정보중 아래 조건을 모두 만족하는 값만을 선별할 수 있다. 이는 측정중에 환자(P)의 자세가 흐트러져 측정값에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
Max(x13, x14, x15) - Min(x13, x14, x15) ＜ α
Max(x17, x18, x19) - Min(x17, x18, x19) ＜ α
Max(z13, z14, z15) - Min(z13, z14, z15) ＜ α
Max(z17, z18, z19) - Min(z17, z18, z19) ＜ α
∠[(y4,z4),(y3,z3),(y2,z2)] ＜ γ
한편, γ는 α와 마찬가지로 허용오차로서, 상기 계산부(130)에 미리 입력될 수 있다.
이후, 상기 계산부(130)는 아래 식을 통해 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion) 항목을 계산할 수 있다.
Lumbar Side Flexion (Right) = [y8 - β] - y16
Lumbar Side Flexion (Left) = [y12 - β] - y20
복사 사이의 거리( Intermalleolar Distance)
도 10에서 도시하는 바와 같이, 환자(P)가 복사 사이의 거리(Intermalleolar Doistance)를 측정하기 위한 자세를 취하면, 상기 삼차원 스캔장치(110)는 상기 정면센서(111), 측면센서(112), 상부센서(113)를 통하여 환자의 모습을 실시간으로 스캐닝할 수 있다.
이후, 상기 정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 우측 발(16)과 좌측 발(20)의 관절위치 정보인 각각의 x, y, z좌표를 추출할 수 있다. 즉, 상기 정보추출부(120)는 (x16, y16, z6)과 (x20, y20, z20)을 추출할 수 있다.
아울러, 상기 정보추출부(120)는 상기 삼차원 스캔장치(110)에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 삼각법을 이용해 발중심으로부터 복사뼈까지의 길이(δ)를 추출할 수 있다.
한편, 상기 계산부(130)는 상기 정보추출부(120)에서 추출된 관절 위치 정보중 아래 조건을 만족하는 값만을 선별할 수 있다. 이는 측정중에 환자(P)의 자세가 흐트러져 측정값에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
Max(z1~z20) - Min(z1~z20) ＜ α
여기에서, Max(z1~z20)은 z1 내지 z20 중 최대값을 의미하고, Min(z1~z20)은 z1 내지 z20 중 최소값을 의미한다.
이후, 상기 계산부(130)는 아래 식을 통해 복사 사이의 거리(Intermalleolar Doistance) 항목을 계산할 수 있다.
Intermalleolar Distance = (x16 - δ) - (x20 - δ)
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동 측정장치(100)가 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI)의 각 항목들을 측정하는 방법에 대해서 상세히 설명하였지만, 이는 예시에 불과한 것으로 상기 관절 가동성 자동 측정장치(100)가 측정할 수 있는 관절 가동성 항목은 이에 한정되는 것은 아니며, 관절 위치정보를 기초로 하여 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI) 항목 이외의 다른 관절 가동성 항목 또한 측정할 수 있다. 다시 말해서, 강직성 척추염 환자뿐만 아니라, 일반 환자의 관절 가동성을 측정하는데에도 활용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동측정방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동측정방법(S100)의 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 가동성 자동측정방법(S100)은, 환자의 자세변경을 가이드하기 위한 예시를 화면으로 출력하는 자세변경 유도 단계(S110), 환자의 자세변경에 모습을 실시간으로 삼차원 스캐닝하는 삼차원 스캐닝 단계(S120), 상기 삼차원 스캔장치 단계(S120)에서 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 관절 가동성 기초정보를 추출하는 관절 가동성 기초정보 추출단계(S130), 및 상기 관절 가동성 기초정보 추출단계(S130)에서 추출된 관절 가동성 기초정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산하는 관절 가동성 항목 계산단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 자세변경 유도 단계(S110)는, 상기 제1모니터(141)에 의해 환자(P)가 상기 관절 가동성 항목을 계산하기 위해 필요한 자세를 하도록 하기 위한 예시화면을 출력하는 단계일 수 있다.
상기 삼차원 스캐닝 단계(S120)는, 상기 정면센서(111), 측면센서(112), 상부센서(113)을 통해 각각 상기 환자(P)의 자세변경에 따른 정면모습, 측면모습, 평면모습에 대한 스캐닝 데이터를 측정하는 단계일 수 있다.
상기 관절 가동성 기초정보 추출단계(S130)는, 환자(P)의 자세변경에 따른 안면각도 정보 및 관절위치 정보를 추출하는 단계일 수 있다.
이때에, 상기 안면각도 정보는 피치(Pitch), 요(Yaw) 및 롤(Roll)의 각도정보로 구성될 수 있으며, 상기 관절 가동성 기초정보 추출단계(S130)에서는, 상기 삼차원 스캐닝 단계(S120)에서 측정된 환자(P)의 정면, 측면 및 평면모습에 대한 스캐닝 데이터를 통해서 피치(Pitch), 요(Yaw) 및 롤(Roll)의 각도정보를 추출할 수 있다.
또한, 상기 관절 가동성 기초정보 추출단계(S130)에서는, 상기 삼차원 스캐닝 단계(S120)에서 측정된 스캐닝 데이터로부터 상기 1 내지 20의 관절위치의 위치정보를 추출할 수 있다.
상기 관절 가동성 항목 계산단계(S140)에서는, 상기 관절 가동성 기초정보 추출단계(S130)에서 추출된 관절 가동성 기초정보, 즉 환자(P)의 자세변경에 따른 안면각도 및 관절위치 정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산할 수 있다. 여기에서 상기 관절 가동성 항목은 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI, Bath Ankylosing Spondylitis Metrology Index)일 수 있다.
즉, 상기 관절 가동성 항목 계산단계(S140)에서는, 상기 관절 가동성 기초정보 추출단계(S130)에서 추출된 피치(Pitch), 요(Yaw), 롤(Roll) 각도 정보를 포함하는 안면각도 정보 및 상기 1 내지 20의 관절위치의 좌표를 기초로, 상기 목 구부림(Neck Flexion and Extension), 목 회전(Neck Rotation), 목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion), 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance), 손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance), 허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension), 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion), 복사 사이의 거리(Intermalleolar Distance)를 계산할 수 있다.
상기 바쓰 강직성 척추염 계측 지수(BASMI) 항목별 계산방법에 대해서는 이미 상세히 설명하였는바 이로써 갈음하고자 한다.
이상에서, 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 관절 가동성 자동 측정장치
110: 삼차원 스캔장치
111: 정면센서
112: 측면센서
113: 상부센서
120: 정보추출부
130: 계산부
140: 디스플레이부
150: 보조벽

Claims (12)

  1. 환자의 자세변경에 따른 모습을 실시간으로 삼차원 스캐닝하는 삼차원 스캔장치;
    상기 삼차원 스캔장치에 의해 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 관절 가동성 기초정보를 추출하는 정보추출부;
    상기 정보추출부로부터 추출된 관절 가동성 기초정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산하는 계산부;를 포함하는 관절 가동성 자동 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관절 가동성 기초정보는, 환자의 자세변경에 따른 안면각도 정보 및 관절위치 정보인 관절 가동성 자동 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 삼차원 스캔장치는, 환자의 정면에 위치하는 정면 스캐너, 환자의 측면에 위치하는 측면스캐너 및 환자의 상측에 위치하는 상부스캐너를 구비하는 관절 가동성 자동 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 삼차원 스캔장치는, 이미지 센서 및 레이저 센서를 구비하는 관절 가동성 자동 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    환자의 자세변경을 가이드하기 위한 예시를 화면으로 출력하는 디스플레이부;를 더 포함하는 관절 가동성 자동 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    환자의 자세를 실시간으로 화면으로 출력하는 관절 가동성 자동 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    환자가 등 또는 엉덩이를 대고 서있을 수 있도록 하는 보조벽;을 더 포함하는 관절 가동성 자동 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 관절 가동성 항목은, 목 구부림(Neck Flexion and Extension), 목 회전(Neck Rotation), 목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion), 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance), 손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance), 허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension), 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion), 복사 사이의 거리(Intermalleolar Distance)를 포함하는 관절 가동성 자동 측정장치.
  9. 환자의 자세변경에 모습을 실시간으로 삼차원 스캐닝하는 삼차원 스캐닝 단계;
    상기 삼차원 스캔장치 단계에서 측정된 스캐닝 데이터로부터 관절 가동성을 계산하기 위해 필요한 관절 가동성 기초정보를 추출하는 관절 가동성 기초정보 추출단계; 및
    상기 관절 가동성 기초정보 추출단계에서 추출된 관절 가동성 기초정보를 기초로 관절 가동성 항목을 계산하는 관절 가동성 항목 계산단계;를 포함하는 관절 가동성 자동측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    환자의 자세변경을 가이드하기 위한 예시를 화면으로 출력하는 자세변경 유도 단계;를 더 포함하는 관절 가동성 자동측정방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 관절 가동성 기초정보는, 환자의 자세변경에 따른 안면각도 정보 및 관절위치 정보인 관절 가동성 자동측정방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 관절 가동성 항목은, 목 구부림(Neck Flexion and Extension), 목 회전(Neck Rotation), 목 측면 구부림(Neck Lateral Flexion), 이주에서 벽까지의 거리(Tragus to Wall Distance), 손가락에서 바닥까지의 거리(Finger to Floor Distance), 허리 굽힘(Lumbar Flexion and Extension), 허리 측면 굽힘(Lumbar Side Flexion), 복사 사이의 거리(Intermalleolar Distance)를 포함하는 관절 가동성 자동 측정방법.
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