KR20200041063A - 전기적 물성 측정에 기반하여 특정 생리현상에 기인한 성분을 추출하고, 추출된 성분을 이용하여 eit 데이터를 재구성하는 장치 및 방법 - Google Patents

전기적 물성 측정에 기반하여 특정 생리현상에 기인한 성분을 추출하고, 추출된 성분을 이용하여 eit 데이터를 재구성하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적 물성 측정에 기반하여 특정 생리현상에 기인한 성분을 추출하고, 추출된 성분을 이용하여 EIT 데이터를 재구성하는 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치는 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 포함하는 전극부, 상기 부착된 복수의 전극을 통해 시간 경과에 따른 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 전기적 물성 측정부, 상기 측정된 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터를 생성하는 EIT 데이터 생성부, 상기 생성된 EIT 데이터에서 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 패턴 추출부 및 상기 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 EIT 데이터 재구성부를 포함할 수 있다.

Description

전기적 물성 측정에 기반하여 특정 생리현상에 기인한 성분을 추출하고, 추출된 성분을 이용하여 EIT 데이터를 재구성하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF EXTRACTING COMPONENT ASSOCIATED WITH SPECIFIC PHYSIOLOGICAL PHENOMENON BY MEASURING ELECTRIC PROPERTY AND OF RECONSTRUCTING EIT DATA BY USING EXTRACTED COMPONENT}
본 발명은 전기적 물성 측정에 기반하여 특정 생리현상에 기인한 성분을 추출하고, 추출된 성분을 이용하여 EIT 데이터를 재구성하는 기술적 사상에 관한 것으로, 보다 구체적으로, EIT(Electrical Impedance Tomography, 전기 임피던스 단층촬영) 기반의 복수의 생리현상에 따른 인체 내부의 전기적 물성 변화에 영향을 받은 복합 신호에서 특정 생리현상에 의한 성분만을 추출하여, 추출된 성분을 이용하여 EIT 데이터를 재구성하는 장치 및 방법에 관한 것 이다.
인체 등의 부피전도계(volume conductor)에 전류를 주입하고 전압을 측정하는 경우 또는 전압을 인가하고 전류를 측정하는 경우에 측정 데이터는 내부의 전기적 물성인 도전율과 유전율 분포 그리고 부피전도계의 크기와 모양 및 전극의 위치, 모양과 크기에 의해 결정될 수 있다.
또한, 특정 원인 각각에 의한 변화 성분만을 추출하는 기술인 PCA(Principal Component Analysis) 또는 ICA(Independent Component Analysis)가 존재한다.
여기서, PCA는 큰 에너지를 가지는 주성분들의 선형 조합(Linear Combination)에 의해 원래의 신호를 표현해서 차원(Dimension)을 줄이는 방법으로 사용된다.
또한, ICA는 다변량의 신호를 통계적으로 독립적인 하부 성분으로 분리하는 계산 방법으로, 각 성분은 비 가우스 성 신호로서 서로 통계적 독립을 이루는 성분으로 구성되고, 독립 성분 분석은 각 신호의 통계적 독립성만을 필요로 하는 블라인드 신호 분리에 사용될 수 있다.
다만, 종래 기술은 부피전도계의 크기와 모양 및 전극의 위치, 모양과 크기가 시간에 따라 변하지 않고 부피전도계 내부의 전기적 물성은 시간에 따라 변하는 경우를 전혀 고려하고 있지 않다.
따라서, 특정 대상에 대하여 전극의 위치와 모양을 고정한 상태에서 전기적 물성의 변화를 고려하여 특정 생리 현상에 기인한 성분을 추출하는 기술이 제안될 필요성이 있다.
또한, EIT(Electrical Impedance Tomography, 전기 임피던스 단층촬영)를 사용하는 대상은 신생아, 어린이, 성인, 노인 등 연령이 다양하고 남자와 여자 모두를 포함하며 다양한 인종을 포함하며 영상화의 대상이 되는 부위의 크기와 모양은 주로 연령과 비만도에 따라 크게 변할 수 있다.
따라서, 비만도에 따라 측정 방법을 선택하고, 여러 생리현상의 영향을 포함한 신호에서 특정 생리 현상에 기인한 성분을 추출하는 기술이 고려될 필요성이 있다.
여기서, 전기 임피던스 단층촬영 기술은 측정 대상의 표면에 복수의 전극을 부착하고, 복수의 전극을 통하여 측정 대상의 임피던스를 검출하며, 검출된 임피던스에 기초하여 측정 대상의 도전율과 유전율로 변환하여 영상화한다.
전기 임피던스 단층촬영 기술은 인체의 특정 부위의 내부를 영상화하는데 목적이 있으며, 주로 의료 분야에서 사용되고 있다.
한국등록특허 제10-1563153호, "의료 영상 신호 처리 방법 및 장치" 한국등록특허 제10-1667306호, "Topological Derivative 기반 저 복잡도 영상 세그먼테이션 방법 및 시스템" 한국등록특허 제10-0808536호, "패턴 영상을 이용한 캘리브레이션 방법"
본 발명은 복수의 생리현상에 따른 인체 내부의 전기적 물성 변화에 영향을 받은 복합 신호에서 특정 생리현상에 의한 성분만을 추출하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 EIT 측정 데이터에서 상기도 공기 변화, 경동맥(carotid)의 혈류 변화, 호흡에 따른 목의 움직임, 혀의 움직임, 폐 내부 공기 변화 또는 흉부 혈류 변화에 기인한 성분을 각각 추출하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 특정 생리현상에 의한 성분에 기인한 영상을 복원하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 영상화의 대상이 되는 부위의 크기와 모양을 고려하여 전류 또는 전압을 주입하는 방법을 변경하고, 그에 따라 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 영상화의 대상이 되는 부위의 둘레 길이에 기반하여 전류 또는 전압을 주입하는 전극 쌍을 결정함으로써, 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정함에 따라 잡음에 대해 구분 가능한 전압의 수를 증가시켜 복원된 영상의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치는 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 포함하는 전극부, 상기 부착된 복수의 전극을 통해 시간 경과에 따른 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 전기적 물성 측정부, 상기 측정된 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터를 생성하는 EIT 데이터 생성부, 상기 생성된 EIT 데이터에서 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 패턴 추출부 및 상기 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 EIT 데이터 재구성부를 포함할 수 있다.
상기 패턴 추출부는 상기 생성된 EIT 데이터에서의 신호대잡음비, PCA(Principal Component Analysis) 또는 ICA(Independent Component Analysis) 중 어느 하나를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터의 에너지 또는 주파수 중 어느 하나를 분석하고, 상기 분석된 에너지 또는 주파수에 따른 주파수 성분을 기준으로 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출할 수 있다.
상기 EIT 데이터 재구성부는 상기 추출된 특정 패턴 데이터와 상기 생성된 EIT 데이터 사이의 상대적인 전압 변화 크기 차이를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치는 상기 재구성된 EIT 데이터를 이용하여 상기 특정 성분(component)과 관련된 영상을 복원하는 영상 복원부를 더 포함할 수 있다.
상기 측정된 복수의 전기적 물성은 도전율과 유전율 분포를 포함할 수 있다.
상기 특정 성분(component)은 상기 피험자의 폐 또는 기도 내부의 공기 변화, 신체 내부의 혈류 변화, 신체 내부의 성분 변화 및 신체 일부의 움직임 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 기반 전기적 물성 측정 장치는 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 포함하는 전극부 및 상기 부착된 복수의 전극을 통해 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 전기적 물성 측정부를 포함하고, 상기 전기적 물성 측정부는 상기 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 작거나 같을 경우, 상기 복수의 전극 중 인접한 제1 전극과 제2 전극을 공급 전극 쌍(pair)으로 결정하며, 상기 측정 부위의 둘레 길이가 상기 측정 기준값보다 클 경우, 상기 복수의 전극 중 상기 제1 전극과 상기 제1 전극을 기준으로 상기 제2 전극보다 증가된 거리에 위치하는 제3 전극을 상기 공급 전극 쌍(pair)을 결정하고, 상기 측정 부위의 둘레 길이 변화에 따라 서로 다른 간격을 갖는 복수의 공급 전극 쌍(pair)을 결정할 수 있다.
상기 전기적 물성 측정부는 상기 결정된 공급 전극 쌍(pair)에 전류 또는 전압을 공급하고, 상기 부착된 복수의 전극을 통해 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정할 수 있다.
상기 전기적 물성 측정부는 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정할 때 상기 측정 부위의 둘레 길이에 따라 전압 이득 또는 전류 이득을 변경할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 전기적 물성 측정부에서, 피험자의 측정 부위에 부착된 복수의 전극을 통해 시간 경과에 따른 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 단계, EIT 데이터 생성부에서, 상기 측정된 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터를 생성하는 단계, 패턴 추출부에서, 상기 생성된 EIT 데이터에서 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 단계 및 EIT 데이터 재구성부에서, 상기 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생성된 EIT 데이터에서 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 단계는, 상기 생성된 EIT 데이터에서의 신호대잡음비, PCA(Principal Component Analysis) 또는 ICA(Independent Component Analysis) 중 어느 하나를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터의 에너지 또는 주파수 중 어느 하나를 분석하는 단계 및 상기 분석된 에너지 또는 주파수에 따른 주파수 성분을 기준으로 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 단계는, 상기 추출된 특정 패턴 데이터와 상기 생성된 EIT 데이터 사이의 상대적인 전압 변화 크기 차이를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 통해 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 전기적 물성 측정부에서, 상기 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 작거나 같을 경우, 상기 복수의 전극 중 인접한 제1 전극과 제2 전극을 공급 전극 쌍(pair)으로 결정하는 단계, 상기 전기적 물성 측정부에서, 상기 측정 부위의 둘레 길이가 상기 측정 기준값보다 클 경우, 상기 복수의 전극 중 상기 제1 전극과 상기 제1 전극을 기준으로 상기 제2 전극보다 증가된 거리에 위치하는 제3 전극을 상기 공급 전극 쌍(pair)을 결정하는 단계 및 상기 전기적 물성 측정부에서, 상기 측정 부위의 둘레 길이 변화에 따라 서로 다른 간격을 갖는 복수의 공급 전극 쌍(pair)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 상기 전기적 물성 측정부에서, 상기 결정된 공급 전극 쌍(pair)에 전류 또는 전압을 공급하는 단계, 상기 부착된 복수의 전극을 통해 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정하는 단계 및 상기 전기적 물성 측정부는 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정할 때 상기 측정 부위의 둘레 길이에 따라 전압 이득 또는 전류 이득을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 복수의 생리현상에 따른 인체 내부의 전기적 물성 변화에 영향을 받은 복합 신호에서 특정 생리현상에 의한 성분만을 추출할 수 있다.
본 발명은 EIT 측정 데이터에서 상기도 공기 변화, 경동맥 (carotid)의 혈류 변화, 호흡에 따른 목의 움직임, 혀의 움직임, 폐 내부 공기 변화 또는 흉부 혈류 변화에 기인한 성분을 각각 추출할 수 있다.
본 발명은 특정 생리현상에 의한 성분에 기인한 영상을 복원할 수 있다.
본 발명은 영상화의 대상이 되는 부위의 크기와 모양을 고려하여 전류 또는 전압을 주입하는 방법을 변경하고, 그에 따라 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정할 수 있다.
본 발명은 영상화의 대상이 되는 부위의 둘레 길이에 기반하여 전류 또는 전압을 주입하는 전극 쌍을 결정함으로써, 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정할 수 있다.
본 발명은 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정함에 따라 잡음에 대해 구분 가능한 전압의 수를 증가시켜 복원된 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치의 구성 요소를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 EIT 데이터의 생성과 관련된 실시예를 설명하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 데이터를 이용하여 특정 성분을 추출 방법을 설명하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 데이터 처리부의 구성 요소를 설명하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 데이터와 관련된 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치가 영상을 복원하는 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 전기적 물성 측정과 관련된 실시예를 설명하는 도면이다.
도 7 내지 도 12는 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍의 전극 조합을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법과 관련된 흐름도를 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 전기적 물성 측정 방법과 관련된 흐름도를 설명하는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치의 구성 요소를 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치(100)는 전극부(110), 전기적 물성 측정부(120), EIT 데이터 생성부(130), 패턴 추출부(140) 및 EIT 데이터 재구성부(150)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전극부(110)는 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 포함할 수 있다.
예를 들면, 복수의 전극들은 단순 전극 또는 복합 전극 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 전류 주입 및 전압 측정의 임피던스 데이터를 측정하기 위한 EIT 전극일 수 있다.
예를 들어, EIT 전극은 플렉시블(Flexible)한 탄성 재질로 구성된 베이스 플레이트의 일면에 배열되어 피험자의 측정 부위에 부착될 수 있으며, 실시예에 따라서는 벨트 형태 또는 조끼 형태일 수 있다.
또한, EIT 전극은 피험자가 감지할 수 없는 비교적 낮은 전류, 예를 들면 1mA 이하의 고주파 전류를 주입하고 유도 전압을 측정하는데 사용되며, EIT 전극을 통해 측정된 전류-전압 데이터는 영상화 알고리즘을 통해 인체 내부 형태를 검출하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기적 물성 측정부(120)는 피험자에 부착된 복수의 전극을 통해 시간 경과에 따른 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정할 수 있다.
일례로, 전기적 물성 측정부(120)는 측정 부위의 둘레 길이에 기초하여 복수의 전극 중 공급 전극 쌍(pair)을 결정하고, 공급 전극 쌍에 전류 또는 전압을 공급할 수 있다. 여기서, 공급 전극 쌍은 전류 또는 전압을 공급하는 전극 쌍을 지칭할 수 도 있다.
또한, 전기적 물성 측정부(120)는 복수의 전극 중 공급 전극 쌍을 제외한 나머지 전극들 중 측정 전극 쌍을 통해 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 측정 전극 쌍은 전류 또는 전압을 측정하는 전극 쌍을 지칭할 수 도 있다.
예를 들어, 복수의 전기적 물성은 유도된 전류 또는 전압의 도전율과 유전율 분포를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전기적 물성 측정부(120)는 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 작거나 같을 경우, 복수의 전극 중 인접(neighboring)한 제1 전극과 제2 전극을 공급 전극 쌍으로 결정할 수 있다.
일례로, 전기적 물성 측정부(120)는 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 클 경우, 복수의 전극 중 제1 전극과 제3 전극을 공급 전극 쌍을 결정할 수 있다. 여기서, 제3 전극은 제1 전극의 위치를 기준으로 제2 전극에 비교하여 상대적으로 더 먼 위치에 위치하는 전극을 지칭할 수 도 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 측정 기준값은, 측정 부위의 둘레 길이, 유도된 전류 또는 전압의 측정 최대치 및 측정 최소치 또는 잡음 크기 중 적어도 하나 이상에 기초하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 측정 기준값은 사용자에 의해서 임의로 설정될 수 있으며, 변경될 수 도 있다.
아울러, 측정 기준값은 전류를 공급하는 전극 쌍의 사이 거리를 결정하기 위한 지표가 될 수 도 있다.
예를 들어, 공급 전극 쌍을 구성하는 두개의 전극들의 사이 거리가 증가할 경우, 측정 최대치 및 측정 최소치는 증가할 수 있다.
또한, 공급 전극 쌍을 구성하는 두개의 전극들의 사이 거리가 감소할 경우, 측정 최대치 및 측정 최소치는 감소할 수 도 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전기적 물성 측정부(120)는 측정 최대치에서 측정 최소치를 제외하여 산출된 전압 측정 범위에서 복수의 전기적 물성을 측정할 수 있다.
즉, 본 발명은 영상화의 대상이 되는 부위의 크기와 모양을 고려하여 전류 또는 전압을 주입하는 방법을 변경하고, 그에 따라 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전기적 물성 측정부(120)는 공급 전극 쌍(pair)에 전류 또는 전압을 공급하고, 피험자의 측정 부위에 부착된 복수의 전극 중 공급 전극 쌍(pair)을 제외한 나머지 전극들 중 결정된 측정 전극 쌍(pair)을 통해 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정할 수 있다.
일례로, 전기적 물성 측정부(120)는 16개의 전극에서 전류 또는 전압을 주입하는 공급 전극 쌍과 전압 또는 전류를 측정하는 측정 전극 쌍의 조합을 변경하여 약 208개의 전기적 물성을 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 전기적 물성 측정부(120)는 일정 시간 동안 208개의 전기적 물성을 측정하여, 208개의 시계열 데이터를 생성할 수 도 있다.
예를 들어, 공급 전극 쌍(pair)은 전류 또는 전압 공급을 공급하기 위한 전극 쌍(pair)으로도 지칭될 수 있다.
또한, 측정 전극 쌍(pair)은 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된 전류 또는 전압을 측정하기 위한 전극 쌍(pair)으로도 지칭될 수 있다.
일례로, EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치(100)는 전극부(110) 및 전기적 물성 측정부(120)로 구성된 EIT 기반 전기적 물성 측정 장치(미도시)도 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 데이터 생성부(130)는 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 생성된 EIT 데이터는 측정된 EIT 데이터로도 지칭될 수 있다.
일례로, EIT 데이터 생성부(130)는 전압 측정 범위에 따라 EIT 데이터를 생성할 수 있다.
즉, EIT 데이터 생성부(130)는 전압의 측정 최대치와 측정 최소치의 사이에서 EIT 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, EIT 데이터는 복수의 전기적 물성의 변화, 잡음, 동잡음 등을 포함할 수 있다. 즉, EIT 데이터는 상기도의 협착, 호흡 운동, 경동맥의 혈액 흐름, 하악과 혀의 불규칙한 움직임에 기인한 임피던스 변화에 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 패턴 추출부(140)는 생성된 EIT 데이터의 신호 대 잡음 비를 이용하여 생성된 EIT 데이터로부터 적어도 하나 이상의 패턴 데이터를 결정할 수 있다.
예를 들어, EIT 데이터는 복수의 전기적 물성에 기반한 복수의 서로 다른 신호 대 잡음비를 포함할 수 있다.
즉, 패턴 추출부(140)는 EIT 데이터를 구성하는 208개의 전기적 물성 변화 중에서 신호 대 잡음비가 좋은 16개의 전기적 물성 변화에 상응하는 패턴 데이터를 결정할 수 있다.
예를 들어, 패턴 데이터는 전기적 물성의 규모 변화와 관련된 주파수 패턴 데이터로도 지칭될 수 있다.
또한, 패턴 데이터는 EIT 데이터에서 복수의 전기적 물성의 변화에 따른 적어도 하나 이상의 주파수 변화 데이터에 상응할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 패턴 추출부(140)는 적어도 하나 이상의 패턴 데이터 중 피험자의 생리현상으로부터 발생된 특정 성분(component)에 상응하는 패턴 데이터를 추출할 수 있다.
예를 들어, 특정 성분은 피험자의 폐 또는 기도 내부의 공기 변화, 신체 내부의 혈류 변화, 신체 내부의 성분 변화, 신체 일부의 움직임 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일례로, 패턴 추출부(140)는 EIT 데이터에서의 신호대잡음비, PCA(Principal Component Analysis) 또는 ICA(Independent Component Analysis) 중 어느 하나를 이용하여 EIT 데이터의 에너지 또는 주파수 중 어느 하나를 분석할 수 있다.
또한, 패턴 추출부(140)는 분석된 에너지 또는 주파수에 따른 주파수 성분을 기준으로 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출할 수 있다.
본 발명은 복수의 생리현상에 따른 인체 내부의 전기적 물성 변화에 영향을 받은 복합 신호에서 특정 생리현상에 의한 성분만을 추출할 수 있다.
즉, 본 발명은 EIT 측정 데이터에서 상기도 공기 변화, 경동맥의 혈류 변화, 호흡에 따른 목의 움직임, 혀의 움직임, 폐 내부 공기 변화 또는 흉부 혈류 변화에 기인한 성분을 각각 추출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 EIT 데이터 재구성부(150)는 추출된 패턴 데이터를 이용하여 EIT 데이터를 특정 성분에 상응하는 EIT 데이터로 재구성할 수 있다.
일례로, EIT 데이터 재구성부(150)는 추출된 특정 패턴 데이터와 EIT 데이터 사이의 상대적인 전압 변화 크기 차이를 이용하여 EIT 데이터를 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성할 수 있다.
즉, EIT 데이터 재구성부(150)는 일정 시간 동안 측정된 패턴 데이터의 상대적인 크기의 차이가 상호간에 동일하므로, 최소자승오차법을 이용하여 EIT 데이터를 리스케일(rescale)할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치(100)는 영상 복원부(160)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 영상 복원부(160)는 재구성된 EIT 데이터를 이용하여 특정 성분과 관련된 영상을 복원할 수 있다.
일례로, 영상 복원부(160)는 특정 성분을 이용하여 분리한 EIT 데이터를 사용하여 특정 성분과 관련된 영상을 각각 복원할 수 있다.
예를 들어, 특정 성분이 폐 내부 공기 변화 또는 흉부 혈류 변화에 기인한 성분일 경우, 영상 복원부(160)는 폐 내부 공기 변화 영상, 흉부 혈류 변화 영상을 각각 따로 복원할 수 있다.
폐 내부 공기 변화 영상, 흉부 혈류 변화 영상을 각각 따로 복원하는 실시예는 도 5를 이용하여 추가 설명하도록 한다.
본 발명은 특정 생리현상에 의한 성분에 기인한 영상을 복원할 수 있다.
즉, 본 발명은 전압 또는 전류 측정 범위를 유동적으로 설정함에 따라 잡음에 대해 구분 가능한 전압의 수를 증가시켜 복원된 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 EIT 데이터의 생성과 관련된 실시예를 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 2는 피험자의 목을 대상으로 EIT 데이터를 생성하는 실시예를 설명한다.
단계(200)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 피험자의 얼굴 아래 부분에 복수의 전극을 부착한다.
단계(210)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 피험자의 얼굴 아래 부분에 부착된 복수의 전극을 통하여 호흡 관련 동잡음(211), 혈류 흐름(blood flow)(212), 상기도 폐쇄(upper airway occlusion)(213) 등의 성분 변화를 포함하는 복수의 전기적 물성을 측정한다.
단계(220)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 시간 경과에 따른 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정할 수 있다. 여기서, 측정되는 복수의 전기적 물성에는 잡음(221)과 피험자의 움직임에 따른 잡음(222)이 추가될 수 도 있다.
단계(230)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터(231)를 생성할 수 있다. 여기서, EIT 데이터는 측정된 EIT 데이터로도 지칭될 수 있다.
예를 들어, EIT 데이터(231)는 상기도의 협착, 호흡 운동, 경동맥의 혈액 흐름, 하악(jaw)과 혀의 불규칙한 움직임에 기인한 임피던스 변화에 영향을 받았을 수 도 있다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 데이터를 이용하여 특정 성분을 추출 방법을 설명하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 EIT 데이터 생성부가 16개의 전극을 이용하여 208개의 채널을 통하여 208개의 전기적 물성 변화를 포함한 EIT 데이터를 생성한 결과를 예시한다. 여기서, 전기적 물성 변화는 시간의 경과에 따라 전기적 물성의 규모 변화를 나타낼 수 도 있다. 또한, 채널은 16개의 전극의 조합에 따라 설정될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 추출부가 208개의 전기적 물성 변화 중 신호 대 잡음비를 이용하여 신호 대 잡음비가 높은 16개의 전기적 물성 변화를 결정한 결과를 예시한다.
일례로 패턴 추출부가 208개의 시계열 전압 채널 중에서 가장 높은 SNR을 갖는 16개의 전압 채널이 ICA 알고리즘의 입력으로 선택할 수 있다.
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 추출부가 16개의 전기적 물성 변화에 해당하는 패턴 데이터를 결정한 결과를 예시한다. 예를 들어 결정된 패턴 데이터는 ICA(Independent Component Analysis) 성분에 해당할 수 있다.
도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 추출부가 16개의 ICA 성분 중에서 잡음 패턴 데이터(300)과 잡음 패턴 데이터(301)를 제거한 결과를 예시한다.
예를 들어, 독립 소스 신호(S)를 계산하면 호흡 운동 및 혈류 성분이 스펙트럼 분석을 통해 식별될 수 있다.
독립 소스 신호의 모든 독립 성분에 고속 푸리에 변환을 적용하면 호흡 속도와 심박수에 해당하는 기본 주파수를 가진 호흡 성분이 각각 호흡 운동 및 혈류 성분으로 식별될 수 있다. 보정된 소스 신호(U)는 하기 수학식 1을 이용하여 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 1]에 따르면,
Figure pat00002
는 보정된 혼합 행렬(modified mixing matrix)을 나타낼 수 있고,
Figure pat00003
는 독립 소스 신호(indepdent source signal)를 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
는 호흡 운동 및 혈류의 확인 된 구성 요소에 해당하는 열을 0 열로 대체하여
Figure pat00005
이 산출될 수 있다.
도 3e는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 추출부가 특정 성분(310)을 포함하는 복수의 성분을 예시한다. 예를 들어 보정된 신호(U) 중에서, 상기도(upper airway) 협착에 해당하는 구성 요소(310)가 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기도(upper airway) 폐쇄 동안의 전압 신호의 예상 패턴, 즉 진폭의 현저한 감소와 평면 패턴에 이어 진폭의 증가에 기초할 수 있다.
도 3f는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 추출부가 특정 성분(310)에 해당하는 패턴 데이터를 추출한 결과를 예시한다. 예를 들어 특정 성분(310)은 상기도(upper airway) 신호에 해당할 수 도 있다.
도 3g는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 추출부가 특정 성분(310)에 해당하는 패턴 데이터를 필터링(filtering)한 결과를 예시한다. 도 3g에 따르면 그래프(320)은 특정 성분(310)에 상응할 수 있고, 그래프(321)은 로우 패스 필터(low pass filter)를 통과한 상기도(upper airway) 신호에 해당할 수 도 있다.
여기서, 상기도 협착에 해당하는 208개의 전압 데이터가 적절한 진폭으로 복구될 수 있다. 또한, 저역 통과 필터는 상기도 협착의 패턴을 왜곡시키지 않고 복구된 전압 데이터의 잔류 노이즈를 감소시키기 위해 이용될 수 도 있다.
도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 EIT 데이터 재구성부가 추출된 패턴 데이터를 이용하여 특정 성분(component)에 상응하는 208개의 전기적 물성 변화를 포함한 EIT 데이터를 재구성한 결과를 예시한다.
예를 들어, EIT 데이터 재구성부는 하기 [수학식 2]에 기반하여 208개의 전기적 물성 변화를 포함한 EIT 데이터를 재구성할 수 있다.
[수학식 2]
Vj = ajUUA + bj
수학식 2에 따르면, Vj는 j번째 채널의 전압을 나타낼 수 있고, U는 보정된 소스 신호를 나타낼 수 있고, aj와 bj는 전압 데이터 간의 차이 값에 해당하는 상수 일 수 있다.
아울러, EIT 데이터 재구성부는 하기 [수학식 3]을 이용하여 행렬 데이터를 생성할 수 있으며 생성된 행렬 데이터는 [수학식 4]에 해당할 수 있다.
[수학식 3]
C=(UUA TUUA)- 1UUA TX
[수학식 3]에 따르면, C는 재구성된 EIT 데이터를 나타낼 수 있고, U는 보정된 데이터를 나타낼 수 있으며, T는 시간을 나타낼 수 있고, X는 최초 생성된 EIT 데이터를 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00006
[수학식 4]에 따르면, C는 재구성된 EIT 데이터를 나타낼 수 있고, a 및 b는 전압 차이에 해당하는 상수를 나타낼 수 있으며, T는 시간을 나타낼 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 데이터 처리부의 구성 요소를 설명하는 도면이다.
도 4a는 패턴 추출부를 포함하는 패턴 데이터 처리부(400)의 동작 절차를 예시한다.
도 4a를 참고하면, 패턴 데이터 처리부(400)는 혼합 신호(401)가 인가될 때, BAR 처리부(410)에서 배경 잡음(boundary artifact)를 제거한다.
또한, 패턴 데이터 처리부(400)는 PCA 처리부(411)에서 배경 잡음이 제거된 신호의 전압의 주요 성분에 해당하는 PCA 패턴 데이터(402)를 추출한다.
한편, 패턴 데이터 처리부(400)는 PCA 패턴 데이터(402)를 호흡 성분 관련 데이터로 추출하여 출력한다.
또한, 패턴 데이터 처리부(400)는 L-커브 탐색부(412)에서 PCA 패턴 데이터(402) 중 L-커브 데이터를 추출한다.
또한, 패턴 데이터 처리부(400)는 ICA 처리부(413)에서 ICA 성분에 해당하는 ICA 성분 데이터를 탐색한다.
또한, 패턴 데이터 처리부(400)는 ICA 선택부(414)에서 ICA 성분 중 특정 성분에 해당하는 ICA 패턴 데이터(403)를 선택하여 출력할 수 있다.
또한, 패턴 데이터 처리부(400)는 소스 비교부(415)에서 PCA 패턴 데이터(402)와 ICA 패턴 데이터(403)의 동질성을 확인할 수 도 있다.
최종적으로, 패턴 데이터 처리부(400)는 PCA 패턴 데이터(402)와 ICA 패턴 데이터(403)를 이용하여 각각 EIT 데이터를 재구성할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴 데이터와 관련된 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 혼합 신호(401), PCA 패턴 데이터(402)와 ICA 패턴 데이터(403)의 주파수 패턴을 예시한다.
일례로, 혼합 신호(401)는 PCA 패턴 데이터(402)와 ICA 패턴 데이터(403)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치가 영상을 복원하는 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5를 참고하면, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치가 복합 신호에 해당하는 EIT 데이터(500)를 생성하고, 호흡 성분(510)에 해당하는 패턴 데이터를 추출하고, 혈류 흐름(511)에 해당하는 패턴 데이터를 추출할 수 있다.
특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치는 호흡 성분(510)을 이용하여 영상 데이터(520)를 복원할 수 있다.
또한, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치는 혈류 흐름(511)을 이용하여 영상 데이터(521)를 복원할 수 있다.
즉, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치는 EIT 측정 데이터에서 폐 내부 공기 변화 또는 흉부 혈류 변화에 기인한 성분을 각각 분리하고, 분리한 EIT 데이터를 사용하면 폐 내부 공기 변화 영상과 흉부 혈류 변화 영상을 각각 따로 복원할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 전기적 물성 측정과 관련된 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6a를 참고하면, 복수의 전극을 포함하는 전극부(600)가 피험자의 둘레에 부착될 수 있다.
예를 들어, 복수의 전극은 제1 전극(ε1) 내지 제16 전극(ε16)을 포함할 수 있다.
일례로, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치가 공급 전극 쌍(610)으로 전류를 주입하고, 측정 전극 쌍(620)을 통해 전압을 측정할 수 있다.
공급 전극 쌍(610)은 상호 간에 인접하는 제2 전극(ε2)과 제3 전극(ε3)으로 구성될 수 있다.
측정 전극 쌍(620)도 상호 간에 인접하는 제8 전극(ε8)과 제9 전극(ε9)으로 구성될 수 있다.
도 6b를 참고하면, 복수의 전극을 포함하는 전극부(600)가 피험자의 둘레에 부착될 수 있다.
일례로, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치가 공급 전극 쌍(611)으로 전류를 주입하고, 측정 전극 쌍(620)을 통해 전압을 측정할 수 있다.
공급 전극 쌍(610)은 상호 간에 인접하지 않는 제2 전극(ε2)과 제4 전극(ε4)으로 구성될 수 있다.
여기서, 공급 전극 쌍(610)은 제3 전극(ε3)을 제외(skip)하고 제4 전극(ε4)으로 구성될 수 있다.
측정 전극 쌍(620)도 상호 간에 인접하는 제8 전극(ε8)과 제9 전극(ε9)으로 구성될 수 있다.
한편, 전류를 주입하는 방법에 따라 유기되는 전압의 최대치와 최소치가 변할 수 있다.
인접한 2개의 전극 사이에 전류를 주입하는 "0-skip” 방법에서는 내부의 전류 분포가 주입 전극들 사이에 집중되어서 내부의 전압이 전류 주입 전극에서 멀어질 수록 빠르게 감소할 수 있다.
바로 인접한 전극 대신에 그 다음 번 전극을 선택하는 “1-skip” 방법에서는 전류를 주입하는 2개의 전극 사이의 간격이 증가될 수 있다.
그러면 내부의 전류가 공간적으로 더 퍼지게 됨에 따라 전압이 감소하는 정도로 느려 질 수 도 있다.
동일한 환자에서 다른 모든 조건이 동일할 때, “1-skip”은 "0-skip”에 비해 최대치가 증가하고 최소치도 증가한다. 이때 최대치의 증가폭이 최소치의 증가폭 보다 커서 최대치와 최소차의 차인 전압의 범위가 상대적으로 증가될 수 있다.
이렇게 전압의 범위가 증가하면 정해진 잡음에 대해 구분 가능한 전압의 수가 증가하므로 영상의 품질을 개선할 수 있다.
"2-skip”이나 "3-skip” 등과 같이 전류를 주입하는 2개의 전극 사이의 간격을 더욱 늘리면 전압의 범위가 증가하는 효과가 더 커질 수 도 있다.
이는 전류를 주입하는 2개의 전극들 사이의 간격이 늘어나면 내부의 전류는 더욱 퍼지기 때문이다.
한편, 특정 부위의 도전율이 변할 때, 이 변화에 대한 민감도를 높이는 것이 그 변화를 고해상도로 영상화하기에 유리하다. 즉, "0-skip”이 공간 해상도의 측면에서는 가장 유리할 수 도 있다.
도 7은 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 7은 피험자의 둘레 길이 변화와 공급 전극 쌍의 조합 변화에 따라 채널의 수와 전압의 변화를 예시한다.
데이터(700)은 피험자의 둘레가 81cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들이 상호 인접하는 경우를 예시한다.
데이터(701)은 피험자의 둘레가 81cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우를 예시한다.
데이터(702)은 피험자의 둘레가 170cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들이 상호 인접하는 경우를 예시한다.
데이터(703)은 피험자의 둘레가 170cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우를 예시한다.
즉, 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성될 경우, 채널의 수 및 측정 전압 범위가 증가될 수 있다.
또한, 피험자의 둘레가 증가될 경우, 채널의 수가 증가되고, 전압 측정 범위가 감소될 수 있다.
도 8은 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍의 전극 조합을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
도 8을 참고하면, 데이터(800)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 최대치에서 최소치를 제외한 전압 측정 범위에 해당할 수 있다.
데이터(801)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 최대치에 해당할 수 있다.
데이터(802)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 최소치에 해당할 수 있다.
데이터(810)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 최대치에서 최소치를 제외한 전압 측정 범위에 해당할 수 있다.
데이터(811)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 최대치에 해당할 수 있다.
데이터(812)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 최소치에 해당할 수 있다.
도 9a는 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍의 전극 조합을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 9a는 피험자의 호흡과 공급 전극 쌍의 조합 변화에 따른 측정된 전압과 채널의 수를 예시한다.
도 9a를 참고하면, 데이터(900)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 들숨에 해당할 수 있다.
데이터(901)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 날숨에 해당할 수 있다.
데이터(910)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 들숨에 해당할 수 있다.
데이터(911)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 날숨에 해당할 수 있다.
도 9b는 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍의 전극 조합을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 9b는 피험자의 측정 둘레 변화와 공급 전극 쌍의 조합 변화에 따른 측정된 전압과 채널의 수를 나타낼 수 있다.
데이터(920)은 피험자의 둘레가 81cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들이 상호 인접하는 경우를 예시한다.
데이터(921)은 피험자의 둘레가 106cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들이 상호 인접하는 경우를 예시한다.
데이터(922)은 피험자의 둘레가 170cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들이 상호 인접하는 경우를 예시한다.
데이터(930)은 피험자의 둘레가 81cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우를 예시한다.
데이터(931)은 피험자의 둘레가 106cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우를 예시한다.
데이터(932)은 피험자의 둘레가 170cm일 때 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우를 예시한다.
도 10은 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍의 전극 조합을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
도 10을 참고하면, 데이터(1000)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 최대치에서 최소치를 제외한 전압 측정 범위에 해당할 수 있다.
데이터(1001)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 최대치에 해당할 수 있다.
데이터(1002)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우 최소치에 해당할 수 있다.
예를 들어, 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우는 "0-skip"으로 지칭될 수 도 있다.
데이터(1010)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 최대치에서 최소치를 제외한 전압 측정 범위에 해당할 수 있다.
데이터(1011)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 최대치에 해당할 수 있다.
데이터(1012)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우 최소치에 해당할 수 있다.
예를 들어, 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우는 "1-skip"으로 지칭될 수 도 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전기적 물성 측정 장치는 환자에게 전극을 부착할 부위의 둘레 길이를 측정한다.
다음으로, 전기적 물성 측정 장치는 측정한 둘레 길이를 사용해 주어진 그래프 또는 표로부터 측정되는 전압의 최대치, 최소치, 그리고 범위(최대치-최소치)를 추정할 수 있다. 여기서, 전기적 물성 측정 장치는 "0-skip”을 사용한다.
전기적 물성 측정 장치는 전압의 최대치에 증폭기 이득을 곱하면 시스템에서 사용된 ADC의 최대 입력 전압이 되도록 증폭기 이득을 결정할 수 있다.
다른 실시예에 따라 전기적 물성 측정 장치는 증폭기 이득을 사용했을 때, 측정한 둘레 길이에 해당하는 전압의 범위(최대치-최소치)를 그래프 또는 표로부터 산출할 수 있다.
전기적 물성 측정 장치는 사용하는 EIT 시스템의 잡음의 크기로 위의 전압의 범위를 나누어 구분 가능한 전압의 수를 계산할 수 있다.
전기적 물성 측정 장치는 구분 가능한 전압의 수를 증가시키는 것이 필요한 경우에는 “1-skip”을 사용한다. 다만, 전기적 물성 측정 장치는 “1-skip”을 사용해도 구분 가능한 전압의 수가 모자라는 경우에는 “2-skip”을 사용할 수 있다.
한편, 전기적 물성 측정 장치는 위의 과정을 반복해서 구분 가능한 전압의 수가 확보되는 최소의 “skip”을 결정할 수 있다.
도 11은 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍의 전극 조합을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 11은 "0-skip" 및 "1-skip"에서 전압의 최대치를 ADC의 최대 입력 전압에 맞추기 위한 전압 이득을 예시한다.
데이터(1100)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우에 해당할 수 있다.
데이터(1101)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우에 해당할 수 있다.
도 12는 피험자의 측정 둘레 길이에 따라 전류 주입 쌍의 전극 조합을 변경하는 실시예를 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 12는 "0-skip" 및 "1-skip"에서 둘레 길이의 증가에 따른 구분 가능한 전압수의 변화를 예시한다.
데이터(1200)는 공급 전극 쌍의 조합이 인접된 전극들로 구성될 경우에 해당할 수 있다.
데이터(1201)는 공급 전극 쌍의 조합을 구성하는 전극들의 사이에 하나의 전극을 제외하고 구성된 경우에 해당할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법과 관련된 흐름도를 설명하는 도면이다.
도 13을 참고하면, 단계(1301)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 피험자의 전기적 물성을 측정할 수 있다.
즉, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 피험자에 부착된 복수의 전극을 통해 시간 경과에 따른 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정할 수 있다.
단계(1302)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 EIT 데이터를 생성할 수 있다.
즉, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 측정된 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터를 생성할 수 있다.
단계(1303)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 EIT 데이터로부터 특정 패턴 데이터를 추출할 수 있다.
즉, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 생성된 EIT 데이터에서의 신호대잡음비, PCA(Principal Component Analysis) 또는 ICA(Independent Component Analysis) 중 어느 하나를 이용하여 생성된 EIT 데이터의 에너지 또는 주파수 중 어느 하나를 분석할 수 있다.
또한, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 분석된 에너지 또는 주파수에 따른 주파수 성분을 기준으로 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출할 수 있다.
단계(1304)에서 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 특정 패턴 데이터를 이용하여 EIT 데이터를 재구성할 수 있다.
즉, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 미리 생성된 EIT 데이터를 특정 성분에 상응하는 EIT 데이터로 재구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법은 특정 패턴 데이터와 미리 생성된 EIT 데이터 사이의 상대적인 전압 변화 크기 차이를 이용하여 미리 생성된 EIT 데이터를 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법과 관련된 흐름도를 설명하는 도면이다.
도 14를 참고하면, 단계(1401)에서 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 피험자의 측정 부위의 둘레 길이와 측정 기준값을 비교한다.
단계(1402)에서 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 작거나 같을 경우, 제1 전극과 제2 전극을 공급 전극 쌍으로 결정할 수 있다. 여기서, 제1 전극과 제2 전극은 상호 간에 인접할 수 있다.
다른 한편, EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 클 경우 단계(1403)로 진행한다.
단계(1403)에서 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 피험자의 측정 부위의 둘레 길이와 측정 기준값을 비교한다.
단계(1404)에서 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 클 경우, 제1 전극과 제3 전극을 공급 전극 쌍으로 결정할 수 있다. 여기서, 제3 전극은 제2 전극과 인접하고, 제1 전극으로부터 일부 떨어져 있다.
일례로, EIT 기반 전기적 물성 측정 방법은 단계(1402) 내지 단계(1404)를 반복적으로 수행하여 측정 부위의 둘레 길이 변화에 따라 서로 다른 간격을 갖는 복수의 공급 전극 쌍(pair)을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치 110: 전극부
120: 전기적 물성 측정부 130: EIT 데이터 생성부
140: 패턴 추출부 150: EIT 데이터 재구성부
160: 영상 복원부

Claims (14)

  1. 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 포함하는 전극부;
    상기 부착된 복수의 전극을 통해 시간 경과에 따른 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 전기적 물성 측정부;
    상기 측정된 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터를 생성하는 EIT 데이터 생성부;
    상기 생성된 EIT 데이터에서 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 패턴 추출부; 및
    상기 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 EIT 데이터 재구성부를 포함하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 추출부는 상기 생성된 EIT 데이터에서의 신호대잡음비, PCA(Principal Component Analysis) 또는 ICA(Independent Component Analysis) 중 어느 하나를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터의 에너지 또는 주파수 중 어느 하나를 분석하고, 상기 분석된 에너지 또는 주파수에 따른 주파수 성분을 기준으로 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 EIT 데이터 재구성부는 상기 추출된 특정 패턴 데이터와 상기 생성된 EIT 데이터 사이의 상대적인 전압 변화 크기 차이를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재구성된 EIT 데이터를 이용하여 상기 특정 성분(component)과 관련된 영상을 복원하는 영상 복원부를 더 포함하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정된 복수의 전기적 물성은 도전율과 유전율 분포를 포함하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 특정 성분(component)은 상기 피험자의 폐 또는 기도 내부의 공기 변화, 신체 내부의 혈류 변화, 신체 내부의 성분 변화 및 신체 일부의 움직임 변화 중 적어도 하나를 포함하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 장치.
  7. 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 포함하는 전극부; 및
    상기 부착된 복수의 전극을 통해 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 전기적 물성 측정부를 포함하고,
    상기 전기적 물성 측정부는 상기 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 작거나 같을 경우, 상기 복수의 전극 중 인접한 제1 전극과 제2 전극을 공급 전극 쌍(pair)으로 결정하며, 상기 측정 부위의 둘레 길이가 상기 측정 기준값보다 클 경우, 상기 복수의 전극 중 상기 제1 전극과 상기 제1 전극을 기준으로 상기 제2 전극보다 증가된 거리에 위치하는 제3 전극을 상기 공급 전극 쌍(pair)을 결정하고, 상기 측정 부위의 둘레 길이 변화에 따라 서로 다른 간격을 갖는 복수의 공급 전극 쌍(pair)을 결정하는
    EIT 기반 전기적 물성 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기적 물성 측정부는 상기 결정된 공급 전극 쌍(pair)에 전류 또는 전압을 공급하고, 상기 부착된 복수의 전극을 통해 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정하는
    EIT 기반 전기적 물성 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전기적 물성 측정부는 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정할 때 상기 측정 부위의 둘레 길이에 따라 전압 이득 또는 전류 이득을 변경하는
    EIT 기반 전기적 물성 측정 장치.
  10. 전기적 물성 측정부에서, 피험자의 측정 부위에 부착된 복수의 전극을 통해 시간 경과에 따른 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 단계;
    EIT 데이터 생성부에서, 상기 측정된 복수의 전기적 물성의 변화에 기반하여 EIT 데이터를 생성하는 단계;
    패턴 추출부에서, 상기 생성된 EIT 데이터에서 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 단계; 및
    EIT 데이터 재구성부에서, 상기 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 단계를 포함하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 생성된 EIT 데이터에서 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 단계는,
    상기 생성된 EIT 데이터에서의 신호대잡음비, PCA(Principal Component Analysis) 또는 ICA(Independent Component Analysis) 중 어느 하나를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터의 에너지 또는 주파수 중 어느 하나를 분석하는 단계; 및
    상기 분석된 에너지 또는 주파수에 따른 주파수 성분을 기준으로 상기 피험자의 특정 생리 현상으로부터 발생된 특정 성분(component)과 관련된 특정 패턴 데이터를 추출하는 단계를 포함하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 추출된 특정 패턴 데이터를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 단계는,
    상기 추출된 특정 패턴 데이터와 상기 생성된 EIT 데이터 사이의 상대적인 전압 변화 크기 차이를 이용하여 상기 생성된 EIT 데이터를 상기 특정 성분(component)에 상응하는 EIT 데이터로 재구성하는 단계를 포함하는
    EIT 기반 특정 성분 추출 및 데이터 재구성 방법.
  13. 피험자의 측정 부위에 부착되는 복수의 전극을 통해 상기 피험자에 대한 복수의 전기적 물성을 측정하는 EIT 기반 전기적 물성 측정 방법에 있어서,
    전기적 물성 측정부에서, 상기 측정 부위의 둘레 길이가 측정 기준값보다 작거나 같을 경우, 상기 복수의 전극 중 인접한 제1 전극과 제2 전극을 공급 전극 쌍(pair)으로 결정하는 단계;
    상기 전기적 물성 측정부에서, 상기 측정 부위의 둘레 길이가 상기 측정 기준값보다 클 경우, 상기 복수의 전극 중 상기 제1 전극과 상기 제1 전극을 기준으로 상기 제2 전극보다 증가된 거리에 위치하는 제3 전극을 상기 공급 전극 쌍(pair)을 결정하는 단계; 및
    상기 전기적 물성 측정부에서, 상기 측정 부위의 둘레 길이 변화에 따라 서로 다른 간격을 갖는 복수의 공급 전극 쌍(pair)을 결정하는 단계를 포함하는
    EIT 기반 전기적 물성 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기적 물성 측정부에서, 상기 결정된 공급 전극 쌍(pair)에 전류 또는 전압을 공급하는 단계;
    상기 부착된 복수의 전극을 통해 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 전기적 물성 측정부는 상기 공급된 전류 또는 전압으로부터 유도된(induced) 전류 또는 전압을 측정할 때 상기 측정 부위의 둘레 길이에 따라 전압 이득 또는 전류 이득을 변경하는 단계를 더 포함하는
    EIT 기반 전기적 물성 측정 방법.
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