KR20210104738A - 뇌 질환 진단 장치 - Google Patents

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KR20210104738A
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와타루 쿠라시마
코이치 키쿠치
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가부시키가이샤 나스메 리서치 인스티투트
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Abstract

[해결 과제] 동공 직경을 측정함으로써, 뇌 질환의 진단을 할 수 있는 장치를 제공한다. [해결 수단] 디스플레이 이미지 제어부(3)와, 촬영부(5)와, 판정부(7)를 가지고, 디스플레이 이미지 제어부(3)는 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시키고, 촬영부(5)는 디스플레이 이미지를 시인하는 사용자의 동공을 촬영하고, 판정부(7)는 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화 패턴과 제1 패턴을 이용하여 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지 아닌지 여부 판정하는, 뇌 질환 진단 장치.

Description

뇌 질환 진단 장치
본 발명은 뇌 질환 진단 장치에 관한 것이다. 보다 상세히 설명하면, 본 발명은 어느 패턴의 영상을 사용자에게 보였을 때, 사용자의 동공의 변화를 이용하여, 그 사용자가 뇌 질환을 앓고 있는지 아닌지 여부를 진단하는 뇌 질환 진단 장치에 관한 것이다.
국제 공개 WO2017-057631호 팜플렛에는, 시인자(視認者) 감정 판정 장치가 기재되어있다. 상기의 공보에 기재된 장치를 이용하면, 사용자의 호흡, 환경의 명암 영향, 사용자의 맥박 등의 영향을 배제하고, 사용자의 동공을 촬영하여 사용자의 감정을 판정할 수 있다.
상기의 장치와 같은, 사용자의 동공을 촬영할 수 있는 장치를 이용한 새로운 장치의 개발이 요구되었다.
특허 문헌 1 국제 공개 WO2017-057631호 팜플렛
본 발명은, 동공을 관찰할 수 있는 장치의 새로운 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로 설명하면, 본 발명은 동공 직경을 관측함으로써 뇌 질환의 진단을 할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 기본적으로는, 디스플레이 이미지를 변화시켰을 때의 뇌 장애를 가진 사용자의 동공의 변화의 모습은 정상인의 것과 다르다는 연구 결과에 근거한 것이다.
본 명세서에 개시된 복수의 형태 중 하나(제1 양태)는 뇌 질환 진단 장치에 관한 것이다. 이 뇌 질환 진단 장치(1)는 디스플레이 이미지 제어부(3)와, 촬영부(5)와, 판정부(7)를 갖는다. 디스플레이 이미지 제어부(3)는 제1패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시키기 위한 요소이다. 촬영부(5)는 디스플레이 이미지를 시인하는 사용자의 동공을 촬영하기 위한 요소이다. 판정부(7)는 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화 패턴과 제1 패턴과를 이용하여, 사용자가 뇌 질환을 앓고 있는지 여부를 판정하기 위한 요소이다. 이 뇌 질환 진단 장치(1)는 디스플레이 이미지 제어부(3)가, 미리 기억해둔 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시킨다. 그리고, 촬영부(5)는 디스플레이 이미지를 시인하는 사용자의 동공을 촬영한다. 판정부(7)는, 촬영부(5)가 촬영한, 사용자의 동공을 포함하는 상을 받는다. 그리고 판정부(7)는 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴을 구하고, 그 경시 변화 패턴과 제1 패턴을 이용하여, 사용자가 뇌 질환에 걸렸는지 아닌지를 판정한다. 예를 들어, 사용자의 동공 크기의 경시 변화 패턴과 제1 패턴 사이에 상관 관계가 있는 경우에, 사용자는 정상인인 것으로 판단하도록 하여도 좋다. 사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴은, 우위(優位) 눈과 비(非)우위 눈의 동공 크기 차이의 경시 변화의 패턴을 포함하는 것이 바람직하다. 이 장치는, 소정의 시간 패턴에 따라 변동하는 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시키는 디스플레이 이미지 제어부와, 디스플레이 이미지를 시인하는 사용자의 동공을 촬영하는 촬영부와, 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화 패턴과 제1 패턴의 소정의 시간 패턴에 관한 정보를 이용하여, 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지 여부를 판정하는 판정부를 가지는 뇌 질환의 진단 장치일 수 있다.
제1 패턴은 예를 들어, 휘도, 색채 및 명도 중 어느 하나 또는 둘 이상이, 소정 시간 패턴에 따라 변화하는 것이다. 제1 패턴의 구체적인 예는 주기적으로 변화하는 흰색 화면 및 검정 화면이다. 이 장치는 사용자의 연령 정보를 기억하는 연령 기억부를 더 가지는 것이 바람직하다. 그리고 디스플레이 이미지 제어부(3)는, 연령 기억부가 기억한 사용자의 연령 정보에 따라, 소정 시간 패턴을 제어하는 것이 바람직하다.
뇌 질환의 예는 간질, 신경 변성 질환, 신경 줄기 세포 질환, 신경 전구 세포 질환, 허혈성 질환, 신경성 외상, 정서 장애, 신경 정신 질환, 망막 변성 질환, 망막 손상/외상, 인지 ·학습 기억 장애, 알츠하이머병, 경도 인지 장애(MCI), 파킨슨 병, 파킨슨 증후군, 헌팅턴 병, 근 위축성 측색 경화증, 허혈성 뇌졸중, 외상성 뇌 손상, 우울증, 양극성 우울증/장애, 만성 피로 증후군, 불안 증후군/장애, 자폐증, 또는 아스퍼거 증후군이다. 이 장치는 기계 학습된 예측 알고리즘에 따라, 상기 뇌 질환의 진단을 실시하는 뇌 질환의 진단 장치인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 비교적 간편한 장치(예를 들면, 동공을 촬영할 수 있는 장치 및 컴퓨터)를 이용하는 것만으로, 사용자가 뇌 질환에 걸렸는지, 뇌 질환이 중증 또는 걸릴 위험이 높은지 하는 진단을 할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 뇌 질환 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1b는 뇌 질환 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 제1 패턴의 예를 나타내는 개념도이다. 도 2(a)는 일정한 시간마다 흰색 화면 및 검정 화면이 교대로 나타나는 것을 나타낸다. 도 2(b)는 일정한 패턴으로 흰색 화면, 영상 화면, 및 소정 휘도의 화면이 표시되는 예를 나타낸다.
도 3은 실시예에 있어서 동공 변화 및 패턴 변화를 나타내는 도면을 나타내는 그래프이다. 도 3(a)는 건강한 사람의 동공 변화와 패턴 표시를 나타내는 개념도이다. 한편, 도 3(b)는 파킨슨 병에 걸려 있는 환자의 동공 변화와 패턴 표시를 나타내는 개념도이다.
도 4는 기본 동공 값을 취득하기 위한 표시 화면의 제어 예를 나타내는 개념도이다.
도 5는 기본 동공 값을 취득할 때의 실패(NG)의 예(위 도면)와 성공(OK) 예(아래 도면)를 나타내는 예이다.
도 6은 검정과 흰색을 1초마다 표시하는 동공 직경의 변화를 측정했을 때의 동공 직경의 변화를 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다.
도 7은 검정과 흰색을 3초마다 표시하는 동공 직경의 변화를 측정했을 때의 동공 직경의 변화를 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다.
도 8은 최대 동공 직경과 최소 동공 직경 차이의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 정상인의 동공 변화의 모습을 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다.
도 10은 뇌 질환에 걸려있는 환자의 동공 변화의 모습을 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다.
도 11은 동공 변화의 모습을 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 본 발명은, 다음에 설명하는 형태에 한정되는 것은 아니고 다음의 형태에서 당업자가 자명한 범위에서 적절하게 수정한 것도 포함한다.
본 명세서에 개시된 복수의 형태 중 하나(제1 태양)는 뇌 질환 진단 장치에 관한 것이다. 뇌 질환 진단 장치는, 사용자가 뇌 질환에 걸려있거나 뇌 질환의 정도가 심하거나, 걸릴 위험이 높은지 중 하나 이상을 판정하기 위한 컴퓨터를 이용한 장치이다.
뇌 질환의 예는 간질, 신경 변성 질환, 신경 줄기 세포 질환, 신경 전구 세포 질환, 허혈성 질환, 신경성 외상, 정서 장애, 신경 정신 질환, 망막 변성 질환, 망막 손상/외상, 인지·학습·기억 장애, 알츠하이머 병, 경도 인지 장애(MCI), 파킨슨 병, 파킨슨 증후군, 헌팅턴 병, 근 위축성 측색 경화증, 허혈성 뇌졸중, 외상성 뇌 손상, 우울증, 양극성 우울증/장애, 만성 피로 증후군, 불안 증후군/장애, 자폐증, 또는 아스퍼거(Asperger) 증후군이다.
도 1a는 뇌 질환 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 이 뇌 질환의 진단 장치(1)는 디스플레이 이미지 제어부(3)와, 촬영부(5)와, 판정부(7)를 가진다. 디스플레이 이미지 제어부(3)는 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시키기 위한 요소이다. 표시부의 예는 모니터, 화면, 및 프로젝션 벽이다.
이 장치는 카메라 등의 촬영 장치와 정보 교환이 가능하게 된 컴퓨터에 의해 구현할 수 있다. 카메라 등에 의한 촬영 정보는 케이블 등을 통하여 컴퓨터에 입력되어도 좋다. 또한, 촬영 정보는 무선을 통해 컴퓨터에 입력되어도 좋다. 컴퓨터는, 입출력부, 제어부, 연산부 및 기억부를 포함하고, 각 요소는 버스 등에 의해 정보의 접수를 할 수 있도록 되어 있다. 그리고 컴퓨터는, 입력된 정보를, 기억부에 기억한다. 또한 컴퓨터 제어부는, 기억부에 기억된 제어 프로그램을 판독하고, 입력된 정보나, 기억부에 기억된 정보를 이용하여, 연산부에 각종 연산을 수행하게 한다. 그리고 연산 결과는, 적절하게 기억부에 기억됨과 동시에, 입출력부를 통하여 적절하게 출력된다.
제1 패턴은, 예를 들어, 휘도, 색채 및 명도 중 어느 하나 또는 둘 이상이, 소정의 시간 패턴에 따라 변동하는 것이다. 패턴이 2 종류의 화면(영상)을 포함하는 경우, 전환 빈도의 예는 1초 이상 10초 이하이며, 2초 이상 6초 이하라도 2초 이상 5초 이하라도 좋다. 전환은 일정 시간마다일 수 있다. 또한 제1의 화면(예: 흰색 화면)과 제2의 화면(예를 들어 검은 화면)에 대해서는, 각각 다른 초마다 전환하여도 좋다. 이 패턴은, 예를 들어, 3종류 이상의 화면이 전환되는 것이어도 좋다.
도 2는 제1 패턴의 예를 나타내는 개념도이다. 도 2(a)는 일정한 시간마다 흰색 화면 및 검정 화면이 교대로 표시되는 것을 나타낸다. 도 2(b)는 일정한 패턴으로 흰색 화면, 영상 화면 및 소정 휘도의 화면이 표시되는 예를 나타낸다.
촬영부(5)는 디스플레이 이미지를 시인하는 사용자의 동공을 촬영하기 위한 요소이다. 국제 공개 WO2017-057631호 팜플렛(특허 문헌 1)에는, 카메라 등의 촬영부를 포함하는 동공 직경 측정 장치(계측기)가 기재되어 있기 때문에, 동공 직경 계측기를 이용해도 좋다.
도 1b는 뇌 질환 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 촬영부(5)가 3 개의 촬영 요소를 포함한다. 이 예제에서는, 중앙의 카메라(촬영 소자) 5a와, 그 양단의 카메라(촬영 소자) 5b, 5c를 포함한다. 이 예에서는, 카메라 5b와 카메라 5c에 의하여, 한쪽 안구를 이미지 인식으로 추적하여 파악하고, 카메라 5b와 카메라 5c 사이의 거리와 안구의 각도를 이용하여 삼각 측량으로부터 카메라 5b와 카메라 5c의 한 가운데 카메라 5a에서 안구까지의 거리를 산출한다. 5a의 카메라로 촬영된 동공 직경은 거리에 따라 크기가 다르기 때문에 5a에 의해 촬영된 동공 직경을 5a에서의 거리에 따라, 동공 직경의 크기 측정값을 보정한다. 이로 인해 얼굴이 조금 움직여도 정확한 동공 직경을 구할 수 있다.
동공은 안구의 중앙 부분 중 빛을 통과하는 영역이다. 동공은 빛 등의 영향을 받아 크기가 변화한다. 한편, 동공은 동공의 주변 부분의 홍채와는 색이 다르다. 따라서, 한 사용자의 복수의 안구 이미지를 촬영하고, 크기가 변화하는 영역을 분석하고, 그 부분의 색(색의 폭)을 기억한다. 이렇게 함으로써, 그 사용자의 동공 색을 기억할 수 있다. 그리고, 그 사용자의 동공을 포함하는 영상을 촬영하여, 색감을 분석한다. 그러면, 연속하여 색의 영역이 존재한다. 그 영역 중 대략 중앙에 위치하는 영역이든지 앞의 동공의 색과 일치하는 영역이 동공 영역이며, 그 동공 직경을 측정할 수 있다.
판정부(7)는, 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴과 제1 패턴을 이용하여, 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지 여부를 판정하기 위한 요소이다 .
판정부(7)는, 예를 들어 상기 한 알고리즘에 따라 사용자의 동공 크기를 경시 적으로 구한다. 그리고 판정부(7)는, 어느 시간 분의 사용자의 동공 크기의 변화에 *?*대하여, 변화 동공을 분석한다. 예를 들어, 어느 시간 분의 사용자의 동공 크기에 대하여, 증가 추세에 있는지 감소 추세에 있는지, 변화량이 일정 폭이라고 할 수 있는지를 구한다. 이렇게 하여 판정부는 사용자의 동공 크기의 변화 상황을 분석할 수 있다.
또한 판정부(7)는, 어느 시간 분의 사용자 동공의 최대값과 최소값과를 구하고, 또한 그 차이 △를 구한다. 이 동공은 우위 눈과 비우위 눈 중 어느 것이라도 좋으며, 둘 다 좋다. 그리고 최대값에서 일정 범위(예 0.2mm△ 이상 0.5mm△의 범위)의 부분 (윗부분)과 최소값에서 일정 범위(예 0.2mm△ 이상 0.5mm△의 범위)의 부분(아래 부분) 중 하나 또는 모두를 구하고, 윗부분과 아래 부분 중 하나 또는 모두의 출현 빈도와 제1 패턴과에 상관이 있는지 검토하여도 좋다. 예를 들어, 아래 부분이 제1 패턴의 변화 빈도와 같은 빈도(또는 일정 시간 이내의 차이)로 출현하면, 그 사용자는 정상인이라고 판단하여도 좋다. 이 처리는, 촬영부가 촬영한 영상에서, 이미지 해석에 의해 사용자의 동공 부분을 추출한다. 그리고 이미지에 포함된 좌우 2개의 동공 부분에 대하여, 상대적인 크기를 구하고, 기억부에 기억한다. 연산부는 기억부에 기억된 좌우 각각의 동공 크기 정보를 읽고, 그들 경시 변화를 구한다. 그러면, 제어부는 동공 크기의 최대값을 주는 시간과 최소값을 주는 시간, 동공의 크기가 커지는 시간 영역과 동공 크기가 작아지는 시간 영역 및 동공 크기의 변동이 일정한 범위인 시간 영역을 분석할 수 있다. 이렇게 하면 동공 크기의 최대값과 최소값을 구하는 것이나, 동공 크기의 시간 변화의 패턴을 구할 수 있다.
또한, 상기 사용자의 동공의 경시 변화와, 제1 패턴과의 상관 관계가 낮으면, 뇌 질환의 정도가 높은 것으로 판정하여도 좋고, 상관 계수 등의 지표가 일정 범위이면, 뇌 질환에 걸릴 위험이 있다고 판정하여도 좋다.
사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴은, 우위 눈과 비우위 눈의 동공 크기의 차이의 경시 변화의 패턴을 포함하는 것인 것이 바람직하다. 이 장치는, 어두운 화면에서 밝은 화면으로 변경된 후에 있어서 밝은 화면이 표시되는 상황에 대응한 동공 크기의 평균값이 큰 쪽 눈을 우위 눈으로 하여도 좋다. 손의 엄지와 검지로 고리를 만들어 두 눈이 목표물을 보고 손으로 만든 고리에 그 목표물이 들어가게 한다. 그대로, 한쪽눈씩 닫고, 열려있는 쪽의 눈으로 대상물을 보고, 원 안에 들어 있는 눈을 우위 눈으로 하여도 좋다. 반대로 원 안에 들어 있지 않은 눈을 비우위 눈으로 하여도 좋다. 일반적으로 밝은 화면을 시인하고 있는 상황 쪽이 동공이 작아진다. 따라서 사용자가 어두운 화면을 보고 있는지 밝은 화면을 보고 있는지를 파악하는 것은 가능 하다. 한편, 화면이 바뀌어도 동공 크기의 변화에는 지연(시간 지연: 딜레이)이 있기 때문에, 밝은 화면이 표시되고 있는 상황에 대응한 동공 크기는 화면 자체가 밝은 상황으로 변해도 동공 직경의 변화가 따라붙지 않은 상태이다. 화면 자체가 어두운 상태에서 밝은 상태로 변화했을 때, 잠시 동공 직경이 큰 상태에서 작은 상태로 변화하지만, 그 동공의 변화하는 과정도 포함된다.
컴퓨터는, 기억부에, 각종 질환과 그에 대응한 동공의 변화를 기억하여도 좋다. 또한, 컴퓨터는 복수의 질환에 대해, 복수 환자의 동공의 변화를 촬영하고, 각 질환과 동공의 변화의 경시 변화를 기계 학습시켜 두고, 각종 질환과 동공의 경시 변화에 대한 데이터베이스를 구축하여 두어도 좋다. 그러면, 판정부(7)는 촬영부(5)가 촬영한 사용자의 동공을 포함하는 상을 사용하여, 사용자의 동공의 경시 변화를 구하고 패터닝함으로써, 그 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지, 뇌 질환이 중증인지, 또는 걸릴 위험이 높은지와 같은 진단을 할 수 있다.
이 장치는 사용자의 연령 정보를 기억하는 연령 기억부(9)를 더 가지는 것이 바람직하다. 그리고 디스플레이 이미지 제어부(3)는, 연령 기억부가 기억한 사용자의 연령 정보에 따라, 소정의 시간 패턴을 제어하는 것이 바람직하다. 이것은 사용자(피험자)가 고령일수록 짧은 화면 초수 변화에 대해 반응 이상이 표출되기 쉽다는 실험 결과에 근거한 것이다. 예를 들어, 사용자의 연령 역수를 계수로 하여, 표시 간격 시간을 곱함으로써, 연령이 높은 사용자만큼 표시를 전환하는 시간 간격이 짧아지도록 제어하거나, 적어도 일정 연령 이상의 사용자에 대해서는 일반 모드 외에 단시간에 표시를 전환하는 단시간 전환 모드도 준비하는 것이 바람직하다. 컴퓨터가, 연령 기억부에서 사용자의 연령에 관한 정보를 읽고, 기억부에서 임계값을 읽어, 연령과 임계값을 비교하여, 사용자의 연령이 임계값을 초과하면, 단시간 전환 모드로 하거나, 적어도 단시간 전환 모드도 표시하도록 제어하면 된다. 또한, 이 장치는 각종 처리(예를 들면 기계 학습 처리) 등을 하기 위한 정보 처리부(11)를 더 가지고 있어도 좋다.
이 뇌 질환 진단 장치(1)는 디스플레이 이미지 제어부(3)가 미리 기억해 둔 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시킨다. 그리고, 촬영부(5)는 디스플레이 이미지를 시인하는 사용자의 동공을 촬영한다. 판정부(7)는 촬영부(5)가 촬영한 사용자의 동공을 포함하는 상을 받는다. 그리고 판정부(7)는, 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴을 구하고, 그 경시 변화 패턴과 제1 패턴을 이용하여 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지 아닌지를 판정한다. 판정부(7)는, 또한 뇌 질환이 중증인지, 걸릴 위험이 높은지 같은 진단도 실시할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 장치는, 기계 학습된 예측 알고리즘에 따라, 상기 뇌 질환의 진단을 하는 뇌 질환의 진단 장치인 것이 바람직하다. 개별 뇌 질환에 대한 동공의 경시 변화에 관한 데이터를 시스템에 입력한다. 그리고, 입력된 각종 데이터를 기계 학습함으로써, 각 질환과 경시 변화의 패턴이나 제1 패턴과의 상관 관계 등을 해석할 수 있다. 이렇게 하여 기계 학습된 예측 알고리즘을 얻을 수 있다. 그리고, 기계 학습된 예측 알고리즘을 이용함으로써 뇌 질환의 각 질환의 진단을 할 수 있는 것이 된다. 또한 기계 학습을 거듭함으로써, 각 질환의 동공 직경의 변화 패턴을 학습하고, 각각의 뇌 질환을 예측할 수 있다.
본 명세서는, 컴퓨터를, 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시키는 수단과, 촬영부가 촬영한, 표시 이미지를 시인하는 사용자의 동공의 촬영 이미지를 받는 수단과, 받은 동공의 촬영 이미지를 사용하여, 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴을 구하고, 구한 동공 크기의 경시 변화 패턴과 제1 패턴과를 이용하여, 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지 아닌지 여부를 판정하기 위한 수단으로 기능시키는 프로그램을 제공한다. 이 프로그램은 더욱더 컴퓨터를 상기한 뇌 질환 진단 장치의 각 기능을 실현하는 것이라 할 수 있다.
본 명세서는, 컴퓨터를, 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시키는 공정과, 촬영부가 촬영한 표시 이미지를 시인하는 사용자의 동공 촬영 이미지를 받는 공정과, 받은 동공의 촬영 이미지를 사용하여, 촬영부가 촬영한 사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴을 구하고, 구한 동공 크기의 경시 변화 패턴과 제1 패턴을 이용하여, 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지 아닌지 판정하는 공정을 실시하게 하는 프로그램을 제공한다. 이 프로그램은 또한 컴퓨터를 상기 한 뇌 질환 진단 장치의 각 기능을 실현하는 것이라 할 수 있다.
이 프로그램은, 예를 들어, 스마트 폰 등의 휴대 단말기나 게임기에 설치함으로써, 스마트 폰 등을 이용하여 간단한 뇌 진단 도구를 제공할 수 있다.
이 명세서는, 상기 프로그램을 기억한 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보 기록 매체라도 좋다. 정보 기록 매체의 예는, CD-ROM, DVD, 메모리 스틱이다.
[실시예1]
이하, 실시예를 이용하여, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명은, 다음의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
컴퓨터를, 실험 시작 후 모니터가 흰색 화면 및 검정 화면을 3초마다 표시하도록 했다. 또한 대상인 동공을 촬영할 수 있는 카메라를 준비했다. 또한, 촬영 이미지에서 대상 동공의 변화를 분석할 수 있도록 프로그램을 짰다. 또한, 이 예에서는, 대상의 동공 직경의 절대적인 크기를 구할 수 있도록 했다. 도 3은 실시예에 있어서 동공 변화와 패턴 변화를 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다. 도 3(a)는 건강한 사람의 동공 변화와 패턴 표시를 나타내는 개념도이다. 한편, 도 3(b)는 파킨슨 병에 걸려있는 환자의, 동공 변화와 패턴 표시를 나타내는 개념도이다. 도 3(a)에서, 정상인은, 표시 패턴의 변화와, 동공 직경의 경시 변화에 상관 관계가 있다(약 3초마다의 주기로 동공 직경이 변동하고 있다)는 것을 알 수 있다. 도 3(b)에서 파킨슨 병에 걸린 환자로부터는, 표시 패턴의 변화와 동공 직경의 경시 변화와 상관 관계가 없다는 것을 알 수 있다. 그래프에서 세로축은 동공 직경, 가로축은 시간을 나타낸다.
[실시예 2]
좌우 동공 직경의 차이는 어느 정도는 반드시 있다. 실험 결과, 통계적으로 이 차이가 크면 특정 질환에 걸려 있을 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한 실험 결과, 통계적으로 연령과 함께 동공 직경은 작아진다(고령자일수록 일반적으로 동공 직경이 작다. 진동 폭이 적다)는 것을 알았다. 일반적으로 우위 눈(우세안)은 동공 직경이 큰 것으로 추측했다. 우위 눈(우세안)이 어떤 것을 볼 경우에 먼저 도달하고, 비우위 눈은 늦게 입체시(양안시)하기 위해 따라간다. 기본 동공값 판정에 있어서 어두운 화면에서 밝은 화면을 보고 있을 때의 평균 동공값이 큰 쪽이 우세안(효험안)이라고 가정했다. 실험 결과, 특정 뇌 질환에 걸려 있는 환자는, 밝기 순응 시간과 어둡기 순응 시간의 변화시에 동공 직경을 제어하는 자율 신경인 교감 신경(확대 어두운 화면)과 부교감 신경(동공 축소 밝은 화면)에 단시간으로 이상한 변화를 보이는 것을 알았다. 또한, 시간적으로 고령일수록 짧은 화면 초수의 변화에 반응 이상이 표출하기 쉬운 것도 알았다. 만명의 데이터를 비교할 때 기본적 동공값을 얻음으로써 비교 가능한 데이터가 된다고 생각된다. 우위 눈과 비우위 눈의 변화(시선 위치로의 따라감의 차이)와 우위 눈과 비우위 눈의 명암 화면을 볼 때 시간과 동공 직경 변화의 조합으로 정상인 평균값과의 차이가 큰 경우, 이상이라(특정 질환을 앓고 있다)고 판정할 수 있다. 개별적으로 조사함으로써 특정 질병의 분석 결과 패턴이 판명된다.
좌우의 동공 크기가 다른 것에 대해, 원인이 되는 신경계 질환에는 지금까지의 실험에서 보아, 뇌신경 질환 외에 교감 신경계 또는 부교감 신경계(자율 신경계)의 일부 이상이 있다. 뇌 질환에는, 뇌졸중, 뇌출혈(자연 출혈 또는 머리 상처에 의한 출혈) 외에도 통계적인 빈도는 떨어지는 반면, 특정 종양 또는 감염증 등이 있다. 교감 신경계에 영향을 미치는 뇌 이외의 질병에는, 목 또는 가슴의 상부 종양이나 상처 등이 있다. 호루네루 증후군은 동공 수축, 눈꺼풀 처짐 및 이상이 있는 쪽 눈 주위의 발한(發汗) 감소라는 세가지가 결합된 증상이다. 호루네루 증후군은 원인에 관계없이, 눈으로 이어지는 교감 신경계가 분단됨으로써 일어난다.
도 4는, 기본 동공값을 취득하기 위한 표시 화면의 제어 예를 나타내는 개념도이다. 이 예에서는 맨 처음 "밝기가 달라지지만, 눈을 떼지 말아 주십시오"라는 초기 표시가 이루어지고, 다양한 색채의 화면이 소정 기간 표시된다. 어두움의 비율이 100%, 75%, 100%, 75%, 50%, 25%, 0%로 변화하고 있다. 초기 표시 이후의 표시 시간은, 7초(초기 표시), 7초, 19초, 12초, 12초, 12초 및 12초이다.
도 5는 기본 동공값을 취득할 때의 실패(NG)의 예(위 도면)와 성공(OK) 예(아래 도면)를 나타내는 예이다. 위 도면의 예에서는 어두움이 50%일때, 어두움이 75%의 것보다 동공 직경이 커지고 있기 때문에 이상 값으로 판단된다. 즉, 제어부는 각 패턴의 어두움 정도 및 측정한 사용자의 동공 직경 값을 기억한다. 그리고, 어두움의 패턴 값마다 동공 직경의 값을 비교하고, 어두움 값이 작은(휘도가 높은) 경우에, 동공 직경의 값이 커지고 있는 것이 있으면, 이상이라고 판단한다. 그리고 이상인 취지를 출력하고, 다시 검출한다. 성공의 경우, 휘도 100%의 경우와 0%의 경우를 이용하여, 최대 동공 직경 및 최소 동공 직경 값을 얻을 수 있다. 얻어진 최대 동공 직경 및 최소 동공 직경의 값은, 적절히 기억부에 기억되고, 후의 해석에 사용할 수 있다. 또한 기본 동공값을 구하여 해석을 하여도 좋고, 기본 동공값을 구하지 않고, 그 자리에서 얻어진 동공값을 이용하여 뇌 질환 걸림 여부의 해석을 하여도 좋다.
[실시예 3]
정상인인 사용자에, 검정 및 흰색을 1초 마다 표시를 하여 동공 직경의 변화를 측정했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6은, 검정 및 흰색을 1초마다 표시를 하여 동공 직경의 변화를 측정했을 때의 동공 직경의 변화를 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다. 도 6으로부터, 정상인에서는 동공 직경 값의 변화가 주기적으로 안정되게 변화하는 것을 알 수 있다.
[실시예 4]
정상인인 사용자에 검정과 흰색을 3초마다 표시를 하여, 동공 직경의 변화를 측정했다. 그 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7은 검정과 흰색을 3초마다 표시를 하여 동공 직경의 변화를 측정했을 때의 동공 직경의 변화를 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다. 도 7에서 정상인에서는 동공 직경 값의 변화가 주기적으로 안정되게 변화하는 것을 알 수 있다.
[실시예5]
복수의 사람에 대하여, 최대 동공 직경과 최소 동공 직경의 차이를 구했다. 도 8은, 최대 동공 직경과 최소 동공 직경의 차이의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 연령이 높을수록, 최대 동공 직경과 최소 동공 직경의 차이가 작아지는 것을 알 수 있다. 이 때문에 어떤 연령의 정상인의 최대 동공 직경과 최소 동공 직경의 차이를 복수 구하여 기억부에 기억하고, 기억한 차이를 판독하여, 평균값이나 분산이라는 통계값을 구함으로써, 어떤 연령에 있어서의 차이의 기준값을 구할 수 있는 것으로 된다. 또한 뇌 관련 질환에 걸려 있는 환자는, 정상인에 비해 상기 차이가 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 어떤 연령의 차이의 기준값과 사용자의 연령 정보 및 측정 차이를 기억부로부터 읽어내어, 사용자의 연령에 있어 차이의 기준 값과 측정한 차이 값과 비교함으로써, 사용자가 뇌 관련 질환에 걸려있을 우려가 있는지 없는지를 판단하도록 하여도 좋다. 이 경우, 예를 들어 상기 실측 값이 상기 기준값의 소정 비율 이하의 경우에, 사용자가 뇌 관련 질환에 걸려있을 우려가 있다고 판단해도 좋다. 이 경우 소정 비율에 관한 수치를 기억부에 기억하여 두고, 사용자의 차이의 실측값, 사용자의 연령에 있어 기준값, 및 소정 비율에 관한 수치를 판독하여, 사용자의 차이의 실측 값과 사용자의 연령에 있어 기준값의 비를 구하고, 이 비와 소정 비율에 관한 수치와 비교하는 연산을 수행함으로써, 사용자가 뇌 관련 질환에 걸려 있을 우려가 있는지 판단할 수 있다. 게다가, 동공 직경의 경시 변화를 이용하여, 뇌 관련 질환에 걸려 있는지 여부, 또한 그 정도를 재검토하도록 하여도 좋다.
[실시예6]
흑백 화면을 1초 동안 교대로 30초간 표시한 때의 동공 직경의 변화를 측정했다. 도 9는 정상인의 동공 변화의 모습을 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다. 도 9는 도 8에서 상단의 46세 남성(정상인)의 동공 변화를 나타내는 것이다.
도 10은 뇌 질환에 걸려있는 환자의 동공 변화의 모습을 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다. 도 10은, 도 8에 있어서 두 번째 76세 남성(환자)의 동공 변화를 나타내는 것이다. 도 10에 표시된 예에서는, 측정 시작에서 처음에는 비교적 주기적으로 동공 직경이 변화하지만(하단 확대도), 측정 후반이 되면 동공 직경의 변화가 주기적이지 않게 되었다. 따라서, 특정 질병에 의해, 주기성이 무너지는 타이밍(동공 직경의 경시 변화 패턴)에 변화가 있는 것을 알았다. 또한 이 실시예에서, 모든 뇌 관련 질환의 진단을 하는 경우, 예를 들어 10초 이상(10초 이상 10분 이하, 15초 이상 5분 이하, 또는 15초 이상 3분 이하) 패턴 표시를 하고, 동공 직경을 계속 측정하는 것이 바람직하다 것을 알았다.
도 11은, 동공 변화의 모습을 나타내는 도면을 대신하는 그래프이다. 도 11의 위는, 도 8의 세 번째인 77세 남성(환자)의 동공 변화를 나타낸 것이다. 도 11의 중앙은, 도 8에 있어서 네 번째인 82세 여성(정상인)의 동공 변화를 나타낸 것이다. 도 11의 아래는, 도 8에서 다섯 번째인 84세 여성(환자)의 동공 변화를 나타낸 것이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 정상인의 동공 변화는 주기적이고 안정되어 있다. 한편, 환자의 동공 변화는, 걸려 있는 질환의 패턴을 반영하고, 주기적이지 않는 부분이 존재하고 있다.
본 발명은, 의료 기기로 이용될 수 있는 이외, 휴대 단말 용 애플리케이션으로도 이용될 수 있다.
1: 뇌 질환의 진단 장치
3: 디스플레이 이미지 제어부
5: 촬영부
7: 판정부
11 연령 기억부

Claims (9)

  1. 소정의 시간 패턴에 따라 변동하는 제1 패턴에 따라 표시부에 표시되는 디스플레이 이미지를 변화시키는 디스플레이 이미지 제어부;
    상기 디스플레이 이미지를 시인하는 사용자의 동공을 촬영하는 촬영부; 및
    상기 촬영부가 촬영한 상기 사용자의 동공 크기의 경시 변화 패턴과 제1 패턴의 상기 소정의 시간 패턴에 대한 정보를 이용하여, 상기 사용자가 뇌 질환에 걸려 있는지 이닌지 여부를 판정하는 결정부를 가지는, 뇌 질환 진단 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 휘도, 색채, 및 명도 중 어느 하나 또는 둘 이상이 소정의 시간 패턴에 따라 변동하는 것인, 뇌 질환 진단 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 사용자의 연령 정보를 기억하는 연령 기억부를 더 가지며,
    상기 디스플레이 이미지 제어부는, 상기 연령 기억부가 기억한 상기 사용자의 연령 정보에 기초하여 상기 소정의 시간 패턴을 제어하는, 뇌 질환 진단 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 주기적으로 변화하는 흰색 화면 및 검정 화면인, 뇌 질환 진단 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 사용자의 동공 크기의 경시 변화 패턴과, 상기 제1 패턴의 소정의 시간 패턴 사이에 상관 관계가 있는 경우에 상기 사용자를 정상인이라고 판단하는, 뇌 질환 진단 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 사용자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴은 우위 눈과 비우위 눈의 동공 크기의 차이의 경시 변화의 패턴을 포함하는, 뇌 질환 진단 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 뇌 질환은, 간질, 신경 변성 질환, 신경 줄기 세포 질환, 신경 전구 세포 질환, 허혈성 질환, 신경성 외상, 정서 장애, 신경 정신 질환, 망막 변성 질환, 망막 손상/외상, 인지 학습 기억 장애, 알츠하이머병, 경도 인지 장애(MCI), 파킨슨 병, 파킨슨 증후군, 헌팅턴 병, 근 위축성 측색 경화증, 허혈성 뇌졸중, 외상성 뇌 손상, 우울증, 양극성 우울증/장애, 만성 피로 증후군, 불안 증후군/장애, 자폐증, 또는 아스퍼거(Asperger) 증후군인, 뇌 질환 진단 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    각종 뇌 질환에 걸린 환자의 동공 크기의 경시 변화의 패턴인 환자 경시 변화 패턴을 받은 경시 변화 패턴 입력부; 및
    상기 환자 경시 변화 패턴에 따라, 각종 뇌 질환에 걸린 환자의 경시 변화의 패턴을 기계 학습하는 경시 변화의 패턴 기계 학습부를 더 포함하고,
    상기 판정부는, 상기 경시 변화의 패턴 기계 학습부가 학습한 각종 뇌 질환에 걸린 환자의 경시 변화의 패턴에 따라 대상이 되는 뇌 질환에 걸렸는지를 판정하는, 뇌 질환 진단 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    기계 학습된 예측 알고리즘에 따라 상기 뇌 질환의 진단을 하는, 뇌 질환 진단 장치.
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