KR20210071586A

KR20210071586A - 인체 혈관 검출시스템

Info

Publication number: KR20210071586A
Application number: KR1020190161923A
Authority: KR
Inventors: 이명복; 김태진
Original assignee: 광주대학교산학협력단; (주)스마트시스텍
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-06-16

Abstract

본 발명은 인체 혈관 검출시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 400~700㎚ 파장을 갖는 백색 엘이디 가시광원; 750㎚에서 1㎛의 특정 파장을 갖는 엘이디 근적외선 광원; 굴절률이 다른 SiO2/TiO2 산화물 다층박막이 교호 적층되어 상기 가시광원이 입사되어 투과되고, 상기 근적외선광원이 입사되어 상기 가시광원과 동일한 방향으로 반사되도록 구성된 제1빔스플리터; 상기 제1qllatmvmvflxj에서 출사되는 두 광원을 집속시키는 제1대물렌즈; 상기 제1대물렌즈를 통과하여 집속되는 두 광원을 인체를 향해 투과시키고, 인체에서 반사된 두 광원을 직각으로 직각방향으로 반사시키는 제2빔스플리터; 상기 제2빔스플리터에서 반사되어 입사되는 두 광원을 집속시키는 제2대물렌즈; 상기 제2대물렌즈를 통과하여 입사되는 두 광원 중 가시광원을 직각의 반사시키고, 근적외광원만 투과시키는 제3빔스플리터; 상기 제3빔스플리터에서 반사되어 입사된 가시광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 가시광 이미지센서; 상기 제3빔스플리터를 투과하여 입사된 근적외광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 근적외광원 이미지센서; 상기 가시광 이미지센서 및 근적외광원 이미지센서에서 디지털 영상 신호로 변환된 각각의 신호를 수신하여 하나의 결합된 영상으로 변환시키는 신호처리장치; 상기 신호처리장치를 통해 처리된 하나의 결합된 영상을 표출시키는 디스플레이부;를 포함하여 이루어진다.

Description

인체 혈관 검출시스템{A blood vessel detecting system}

본 발명은 인체 혈관 검출시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체 피부에 가시광과 근적외광을 동시에 조사하여 환자의 혈관 위치를 정확하게 파악하여 의료환경 서비스를 개선하기 위한 인체 혈관 검출시스템에 관한 것이다.

병의원 등에서 환자를 진료하는 과정에서 환자에게 혈관주사를 놓는 경우가 비일 비재하게 발생된다.

혈관 주사는 약물 치료를 위해 혈관 속에 주사바늘을 삽입하여 약물을 직접 혈관 속에 주입하는 방법으로, 약물이 짧은 시간에 심장을 거쳐 신체의 필요한 조직에 도달함으로 약효가 빨리 나타나는 장점이 있기 때문에 전해질 보급, 혈액보급을 비롯하여 해독제 등의 약물을 혈액속에 주입하거나 빠른 약효를 기대하는 경우에 널리 사용되고 있다.

혈관주사를 주기 위해 의료진이 환자의 혈관을 찾을때, 환자의 혈관이 직관적으로 보이는 경우 별 어려움 없이 주사바늘을 혈관 내부로 삽입이 용이하지만, 그렇지 않은 경우 의료진이나 환자 모두 힘들어지게 된다.

즉, 환자의 신체조건이나 연령, 건강상태에 따라 주사를 놓기 위한 혈관이 외부로 잘 드러나지 않아 의료진이 혈관 위치를 찾는데 많은 어려움이 발생되고, 혈관위치를 잘못 찾아 주사를 놓을 경우 피부에 멍이 들거나 혈관 손상이 발생되어 환자에게 고통을 가중시키는 경우가 종종 발생되고 있어서 혈관 주사를 놓을때 정확한 혈관 위치를 찾아 주사바늘을 주입하는 것이 매우 중요하다.

물론, 의료진의 경험에 따라 혈관 위치를 찾는데 어려움이 있을 수도 있지만, 보통 환자의 신체상태에 따라 혈관이 피부 바깥쪽으로 쉽게 보여지는 경우가 있는 반면에 피부 바깥쪽에서 쉽게 식별되지 않은 신체 상태를 가지고 있는 경우가 많이 있다.

특히, 긴급한 처치가 필요한 환자들에게 혈관을 신속하게 찾지 못해 약물 투여가 어려워 환자가 고통을 받는 경우가 많이 발생되고 있어서 환자의 혈관을 신속하고 정확하게 찾기 위한 다양한 노력들이 시도되고 있다.

이러한 필요성에 따라 혈관 주사 시 의료진의 어려움과 환자의 고통을 예방하기 위해 혈관에 정확하게 주사 바늘을 삽입할 수 있도록 혈관의 위치를 안내할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.

이에 관련된 선행기술로서 미국 특허US8,255,040가 개시되어 있다.

상기 미국 특허는 혈관의 위치를 파악하여 근적외선 레이저를 그리고 파악된 혈관의 위치를 사람의 육안으로 구별 가능하도록 표시해 주기 위한 방안으로 가시광선 레이져를 사용하고 있으며, 이를 두 개의 레이저를 하나의 광축으로 일치시켜 사람의 피부에 스캔하기 위한 수단으로 여러장의 반사 거울 및 파장 선택성 투과/반사 거울을 사용하고 있다.

하지만, 이러한 종래 기술은 광학계 구성이 매우 복잡하며, 각 거울의 조립 후 경시 변화에 의한 틀어짐 발생으로 두 개의 광이 어긋나는 문제점이 있었다.

이러한 선행기술의 단점을 보완하기 위해 한국 특허등록 제10-1578767호가 안출된 바 있다.

상기 종래의 한국특허의 경우, 서로 다른 두 개의 파장을 방출하는 레이져가 하나의 패키지에 장착된 두 파장 원 패키지 레이저를 사용함에 의해 기존에 사용하는 여러 장의 반사거울 및 파장 선택성 반사/투과 거울이 필요없으며, 핏줄의 위치를 알고자 하는 영역에 레이져광을 뿌려주기 위한 스캔 미러와 피부에서 반사되어 되돌아 오는 광을 검출하기 위한 포토다이오드의 구성으로 핏줄 위치를 검출하여 표시하도록 구성되었다.

또 다른 종래의 실시예로, 한국 공개특허 제 10-2015-0110362호의 ‘근적외선을 이용한 혈관투시장치’가 안출된 바 있다.

상기 종래의 ‘근적외선을 이용한 혈관투시장치’는 카메라부와, 피부에 적외선을 조사시키는 근적외선 발생 IR-LED와, 전원을 공급하는 전원부와, 근적외선을 투과시키고 편광하는 IR필터가 일체화 된 IR-LED 모듈과, 상기 IR-LED 모듈의 각 기능을 제어하는 IR-LED 모듈컨트롤러와, 촬영된 인체부분의 투시된 혈관을 보여주는 디스플레이부와, 상기 카메라부와 IR-LED 모듈, IR-LED 모듈컨트롤러, 디스플레이부가 서로 연동되어 작동되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 구성으로 이루어져 환자의 혈관을 투시할 수 있는 장치를 제안하고 있다.

하지만, 상술한 종래의 혈관투시장치들의 장치의 구성이 비교적 복잡하고, 장치의 가격이 고가이면서 대형으로 이루어져 휴대가 불편하였으며, 사용환경에 따라 사용이 어려운 불편한 단점이 있었다.

- 특허등록 제10-1578767호(등록일: 2015.12.14, 발명의 명칭: 혈관 인식장치 및 인식방법) - 특허등록 제10-1740602호(등록일: 2017.05.22, 발명의 명칭: 근적외선을 이용한 혈관투시장치) - 특허공개 제10-2018-121082호(공개일: 2018.11.07, 발명의 명칭: 정맥혈관 네비게이터 시스템 및 그 방법)

본 발명은 장치의 구성을 소형화 하여 어떠한 환경에서도 환자의 진찰과 처치가 가능하도록 하는 편의성을 향상시킨 인체 혈관 검출시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 인체 혈관 검출시스템은 400~700㎚ 파장을 갖는 백색 엘이디 가시광원; 750㎚에서 1㎛의 특정 파장을 갖는 엘이디 근적외선 광원; 굴절률이 다른 SiO₂/TiO₂ 산화물 다층박막이 교호 적층되어 상기 가시광원이 입사되어 투과되고, 상기 근적외선광원이 입사되어 상기 가시광원과 동일한 방향으로 반사되도록 구성된 제1빔스플리터; 상기 제1빔스플리터에서 출사되는 두 광원을 집속시키는 제1대물렌즈; 상기 제1대물렌즈를 통과하여 집속되는 두 광원을 인체를 향해 투과시키고, 인체에서 반사된 두 광원을 직각으로 직각방향으로 반사시키는 제2빔스플리터; 상기 제2빔스플리터에서 반사되어 입사되는 두 광원을 집속시키는 제2대물렌즈; 상기 제2대물렌즈를 통과하여 입사되는 두 광원 중 가시광원을 직각의 반사시키고, 근적외광원만 투과시키는 제3빔스플리터; 상기 제3빔스플리터에서 반사되어 입사된 가시광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 가시광 이미지센서; 상기 제3빔스플리터를 투과하여 입사된 근적외광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 근적외광원 이미지센서; 상기 가시광 이미지센서 및 근적외광원 이미지센서에서 디지털 영상 신호로 변환된 각각의 신호를 수신하여 하나의 결합된 영상으로 변환시키는 신호처리장치; 상기 신호처리장치를 통해 처리된 하나의 결합된 영상을 표출시키는 디스플레이부;를 포함하여 이루어진다.

이와 더불어, 상기 가시광 이미지센서 전방에는 가시광만을 선별적으로 필터링하여 수광하는 RGB컬러필터가 더 설치되고, 상기 근적외광원 이미지센서 전방에는 가시광을 차단하고 근적외광만을 투과시키는 근적외광필터가 더 설치된 구성으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 디스플레이부와 제1, 제2 및 제3빔스플리터는 인체에 대해 수직방향인 임의의 축을 기준으로 회전 가능하도록 구성되어 의료진의 진찰 편의성을 향상시킬 수 있도록 구성된다.

상술한 본 발명에 따른 인체 혈관 검출시스템은 장치의 구성을 컴팩트하게 구성하여 장치를 소형화시킬 수 있고, 사용하는 환경에 관계없이 환자의 진찰과 처기가 용이하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 환자가 처해 있는 상태에 따라 기기의 조작이 용이하여 다양한 환경에서 편리하게 환자의 혈관을 검출할 수 있도록 하여 환자의 처치가 더욱 편리하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 혈관 검출시스템의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명의 변형 실시예에 따른 인체 혈관 검출시스템의 개략적 구성도,
도 3은 본 발명의 변형실시예에 적용되는 이미지 복합센서의 개략적 구성도이다.

본 발명에 따른 인체 혈관 검출시스템은 가시광과 근적외광을 인체에 투사하여 환자의 신체적 특성이나 의료진의 숙련도에 관계없이 혈관을 쉽게 찾을 수 있도록 하여 환자의 처치가 용이하도록 구성된 것으로, 400~700㎚ 파장을 갖는 백색 엘이디 가시광 광원과, 750㎚에서 1㎛의 특정 파장을 갖는 엘이디 근적외광 광원과, 굴절률이 다른 SiO₂/TiO₂ 산화물 다층박막이 교호 적층되어 상기 가시광 광원이 입사되어 투과되고, 상기 근적외광 광원이 입사되어 상기 가시광 광원과 동일한 방향으로 반사되도록 구성된 제1빔스플리터와, 상기 제1빔스플리터에서 출사되는 두 광원을 집속시키는 제1대물렌즈와, 상기 제1대물렌즈를 통과하여 집속되는 두 광원을 인체를 향해 투과시키고, 인체에서 반사된 두 광원을 직각으로 직각방향으로 반사시키는 제2빔스플리터와, 상기 제2빔스플리터에서 반사되어 입사되는 두 광원을 집속시키는 제2대물렌즈와, 상기 제2대물렌즈를 통과하여 입사되는 두 광원 중 가시광 광원을 직각으로 반사시키고, 근적외광 광원만 투과시키는 제3빔스플리터와, 상기 제3빔스플리터에서 반사되어 입사된 가시광 광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 가시광 이미지센서와, 상기 제3빔스플리터를 투과하여 입사된 근적외광 광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 근적외광 이미지센서와, 상기 가시광 이미지센서 및 근적외광 이미지센서에서 디지털 영상 신호로 변환된 각각의 신호를 수신하여 하나의 결합된 영상으로 변환시키는 신호처리장치 및 상기 신호처리장치를 통해 처리된 하나의 결합된 영상을 표출시키는 디스플레이부;를 포함한 구성으로 이루어진다.

이와 더불어, 상기 가시광 이미지센서 전방에는 가시광만을 선별적으로 필터링하여 수광하는 RGB컬러필터가 더 설치되고, 상기 근적외광원 이미지센서 전방에는 가시광을 차단하고 근적외광만을 투과시키는 근적외광필터가 더 설치된 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디스플레이부와 제1, 제2 및 제3빔스플리터는 인체에 대해 수직방향인 임의의 축을 기준으로 회전 가능하도록 구성되어 인체 혈괄 검출시 의료진이 환자의 상태에 따라 그 이용이 편리하도록 구성된다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 ‘광(光)’, ‘광원(光源)’ 및 ‘빛’은 모두 동일한 의미로 사용되며, 문맥의 원활한 이해를 위해 상기 3개의 용어를 혼용하여 사용한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 혈관 검출시스템(100)의 주요 구성을 발췌하여 개략적으로 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인체 혈관 검출시스템(100)은 두 개의 광(光)을 이용하게 되는데, 일측에서 가시광이 출사되는 가시광 광원(10)이 구비되고, 상기 가시광 광원(10)에 직각으로 배치되어 근적외광을 출사하는 근적외광 광원(20)이 각각 구비되어 두 개의 광원에서 출사되는 광(光)이 제1빔스플리터(30,beam splitter)로 입사되도록 구성된다.

제1빔스플리터(30)로 입사된 두 개의 광(光) 중 가시광은 그대로 통과되고 근적외광은 직각으로 굴절하게 되는데, 이러한 가시광과 근적외광이 동시에 입사되어 가시광은 투과시키고 근적외광은 직각으로 굴절시키는 제1빔스플리터(30)는 프리즘의 한 형태로 빛의 파장에 따라 빛의 투과와 굴절을 동시에 수행하게 된다.

본 발명에 이용되는 가시광 광원(10)은 400~700㎚ 파장을 갖는 백색 엘이디 광원을 이용하고, 근적외광 광원(20)은 750㎚에서 1㎛의 특정 파장을 갖는 엘이디광원을 이용한다.

또한, 빛의 파장에 따라 굴절(반사)과 투과가 동시에 이루어지는 상기 제1빔스플리터(30)의 빗면에는 굴절률이 다른 SiO₂/TiO₂ 산화물 다층박막이 교호로 적층되어 빛의 경로를 조절할 수 있도록 구성되며, 이때 산화물 다층박막의 두께나 층수를 조절하여 광학스펙트럼을 구성할 수 있다.

이와 같이 제1빔스플리터(30)에 입사되어 투과 및 굴절된 두 개의 광원은 제1빔스플리터(30)를 거쳐 제1대물렌즈(40)를 통과하게 된다.

상기 제1대물렌즈(40)는 두 개의 광이 수속되어 인체에 조사되도록 하는 것으로, 인체와의 거리에 따라 그 설치를 생략할 수도 있다.

한편, 상기 제1대물렌즈(40)를 통과하여 인체에 조사된 광이 인체에서 반사되어 되돌아올때, 반사된 광을 굴절시키기 위해 제2빔스플리터(50)가 제1대물렌즈 (40) 전방으로 설치된다.

상기 제2빔스플리터(50)는 제1대물렌즈(40)를 통과하여 입사되는 광을 그대로 투과시킨 후에 인체에 조사되어 반사된 두 개의 광을 동시에 굴절시키도록 구성된다.

상기 제2빔스플리터(50)에서 굴절된 두 개의 광은 제2대물렌즈(42)를 통과하면서 균일화되거나 집속되어 제3빔스플리터(60)로 다시 입사된다.

상기 제3빔스플리터(60)는 제1빔스플리터(30)와 동일한 방식으로 프리즘의 빗면에 상기 제1빔스플리터(30)에 구성된 굴절률이 다른 산화물 다층박막이 교호 적층되어 가시광은 반사(굴절)시키고 근적외광은 투과되도록 하여 두 개의 광을 분리시키게 된다.

따라서, 상기 제3빔스플리터(60)를 투과한 근적외광은 근적외광 필터(76)를 거쳐 근적외광 이미지센서(75,NIR)로 입사되고, 제3빔스플리터(60)에서 직각으로 굴절된 가시광은 컬러필터(72)를 거쳐 가시광 이미지센서(70,VIS)로 입사된다.

상기 근적외광 필터(76)와 컬러필터(72)는 입사된 광에서 근적외광 또는 가시광만을 선택적으로 통과되도록 노이즈를 제거하는 필터역할을 수행하고, 가시광과 근적외광이 입사된 가시광 이미지센서(70,VIS)와 근적외광 이미지센서(75,NIR)는 입사된 광을 디지털신호로 변환하게 된다.

상기 가시광 이미지센서(70,VIS)와 근적외광 이미지센서(75,NIR)를 통과하면서 디지털신호로 변환된 정보는 신호처리장치(80)로 전송되도록 구성된다.

상기 신호처리장치(80)는 각 센서에서 입력된 신호를 정합하여 인체 혈관영상을 획득한 후에 디스플레이부(90)로 전송하여 혈관 영상이 표출되도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 혈관 검출시스템은 의료진이 환자의 특정부위에 본 발명의 시스템이 적용된 혈관 검출장치를 근접시키거나 갖대 댄 후에 동작스위치를 온 시키면, 서로 다른 파장대를 갖는 두 개의 광원에서 출사된 광이 인체에 조사된 후에 가시광 이미지센서와 근적외광 이미지센서를 거쳐 신호처리장치를 통해 디지털화된 영상으로 정합된 후 디스플레이부에 표시된다.

따라서, 의료진은 디스플레이부에 나타난 환자의 혈관 상태 및 위치를 토대로 주사를 놓기 위한 혈관위치를 정확하게 선정할 수 있게 된다.

한편, 도 2에는 본 발명의 변형 실시예에 따른 인체 혈관 검출시스템이 개략적으로 도시되어 있다.

상술한 일 실시예에서는 인체로부터 반사된 두 개의 광을 빔스플리터를 이용하여 각각 별도의 이미지센서를 통해 영상신호를 처리하도록 구성된 것임에 반해 도 2에 도시된 본 발명의 변형 실시예에 따른 인체 혈관 검출시스템(100)은 가시광 및 근적외광 이미지센서가 하나로 통합된 단일칩으로 이루어진 복합이미지센서(77)에서 두 개의 광을 수광하여 디지털 영상신호를 처리하도록 구성된 차이점이 있다.

하나의 단일칩으로 이루어진 상기 복합이미지센서(77)에서 서로 다른 파장대의 두 개의 광을 처리하기 위한 이미지센서의 픽셀구성이 도 3에 도시되어 있다.

이때 R, G, B의 픽셀은 가시광만을 수광하고, NIR 픽셀은 근적외광만을 수광하게 되며, R, G, B의 픽셀상에는 각각의 색깔에 대응하는 파장의 빛만 투과되는 컬러필터가 설치되고, NIR 픽셀상에는 가시광은 차단하고 근적외광만을 투과할 수 있는 근적외광 필터가 설치된 구성으로 이루어진다.

따라서, 각 필터를 통해 수광된 가시광과 근적외광은 각 픽셀마다 배치된 포토다이오드(광검출부)에서 광의 세기에 비례한 수의 전화로 변환하고, 신호처리장치를 통해 가시광광 근적외광이 결합된 디지털 변환 영상을 획득할 수 있게 되고, 획득된 영상은 디스플레이부에 표시된다.

한편, 상술한 본 발명의 일 실시예 및 변형실시예에 적용된 디스플레이부(90)와 각각의 제1, 제2 및 제3빔스플리터(30,40,60)는 인체를 향한 임의의 수직축(Y)을 기준으로 회전가능하도록 구성되어 의료진이 환자를 진료하는 과정에서 디스플레이부(90)와 각각의 빔스플리터(30,40,60)를 회전시켜 다양한 위치와 각도에서 환자의 혈관을 검출하는데 용이하게 이용될 수 있도록 구성된다.

10 : 가시광원 20 : 근적외광원
30 : 제1빔스플리터 40 : 제1대물렌즈
42 : 제2대물렌즈 50 : 제2빔스플리터
60 : 제3빔스플리터 70 : 가시광 이미지센서(VIS)
72 : 컬러필터 75 : 근적외광 이미지센서(NIR)
76 : 근적외광 필터 77 : 복합센서
80 : 신호처리장치 90 : 디스플레이부
100 : 혈관검출 시스템 Y : 수직축

Claims

400~700㎚ 파장을 갖는 백색 엘이디 가시광원;
750㎚에서 1㎛의 특정 파장을 갖는 엘이디 근적외선 광원;
굴절률이 다른 SiO2/TiO2 산화물 다층박막이 교호 적층되어 상기 가시광원이 입사되어 투과되고, 상기 근적외선광원이 입사되어 상기 가시광원과 동일한 방향으로 반사되도록 구성된 제1빔스플리터;
상기 제1qllatmvmvflxj에서 출사되는 두 광원을 집속시키는 제1대물렌즈;
상기 제1대물렌즈를 통과하여 집속되는 두 광원을 인체를 향해 투과시키고, 인체에서 반사된 두 광원을 직각으로 직각방향으로 반사시키는 제2빔스플리터;
상기 제2빔스플리터에서 반사되어 입사되는 두 광원을 집속시키는 제2대물렌즈;
상기 제2대물렌즈를 통과하여 입사되는 두 광원 중 가시광원을 직각의 반사시키고, 근적외광원만 투과시키는 제3빔스플리터;
상기 제3빔스플리터에서 반사되어 입사된 가시광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 가시광 이미지센서;
상기 제3빔스플리터를 투과하여 입사된 근적외광원을 수광하여 디지털 영상 신호로 변환하는 근적외광원 이미지센서;
상기 가시광 이미지센서 및 근적외광원 이미지센서에서 디지털 영상 신호로 변환된 각각의 신호를 수신하여 하나의 결합된 영상으로 변환시키는 신호처리장치;
상기 신호처리장치를 통해 처리된 하나의 결합된 영상을 표출시키는 디스플레이부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인체 혈관 검출시스템.
제1항에 있어서,
상기 가시광 이미지센서 전방에는 가시광만을 선별적으로 필터링하여 수광하는 RGB컬러필터가 더 설치되고,
상기 근적외광원 이미지센서 전방에는 가시광을 차단하고 근적외광만을 투과시키는 근적외광필터가 더 설치된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인체 혈관 검출 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 디스플레이부와 제1, 제2 및 제3빔스플리터는 인체에 대해 수직방향인 임의의 축을 기준으로 회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인체 혈관 검출 시스템.