KR20210135867A - 비접촉식 호흡상태 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

비접촉식 호흡상태 모니터링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 호흡상태 모니터링 장치를 개시한다. 구체적으로, 본 발명은 피검사자와의 거리를 조절하도록 이동가능하게 배치되며, 상기 피검사자를 촬영하여 열영상을 획득하는 적어도 하나의 영상촬영부와, 상기 피검사자의 동작을 감지하여 동작정보를 생성하는 모션센서부와, 상기 영상촬영부에서 획득한 상기 열영상으로부터 적어도 하나의 검사영역을 특정하고 상기 검사영역에서의 온도정보를 추출하는 온도정보 추출부와, 상기 온도정보 추출부에서 추출된 상기 온도정보 및 상기 모션센서부에서 생성된 상기 동작정보에 기초하여, 상기 피검사자의 호흡상태를 판단하는 호흡상태 검사부를 포함하는, 호흡상태 모니터링 장치를 개시한다.

Description

비접촉식 호흡상태 모니터링 장치 및 방법{Non-contact breathing monitoring apparatus and method}
본 발명은 호흡상태를 비접촉식으로 모니터링하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근, 의료 산업 기술의 발전과 더불어 긴급 의료상황에 대한 적극적인 대처를 위해 각종 전자 장치를 환자에게 부착하여 환자의 호흡상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 시스템이 발전해 왔다. 그러나, 각종 전자 장치들을 환자의 몸에 직접 부착하는 경우, 환자의 행동을 제약하여 환자에게 불편함을 줄 수 있다.
또한, 최근 가슴 및 배의 움직임을 레이더로 측정하여 환자의 호흡상태를 탐지하고자 하는 노력도 있다. 하지만 의복이나 이불 등 다양한 방해 요인으로 인해, 환자의 호흡상태를 정밀하게 파악할 수 없는 문제점이 존재한다.
본 발명의 목적은 환자의 불편함을 덜어주고, 호흡상태를 보다 간편하면서도 정밀하게 검사할 수 있는 호흡상태 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치는 피검사자와의 거리를 조절하도록 이동가능하게 배치되며, 상기 피검사자를 촬영하여 열영상을 획득하는 적어도 하나의 영상촬영부와, 상기 피검사자의 동작을 감지하여 동작정보를 생성하는 모션센서부와, 상기 영상촬영부에서 획득한 상기 열영상으로부터 적어도 하나의 검사영역을 특정하고 상기 검사영역에서의 온도정보를 추출하는 온도정보 추출부와, 상기 연산처리부에서 추출된 상기 온도정보 및 상기 모션센서부에서 생성된 상기 동작정보에 기초하여, 상기 피검사자의 호흡상태를 판단하는 호흡상태 검사부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 영상촬영부는 복수개 구비되고, 복수개의 상기 영상촬영부는 상기 피검사자를 중심으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 영상촬영부는 근적외선 카메라를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도정보 추출부는 상기 열영상으로부터 복수개의 검사영역을 특정하고, 복수개의 상기 검사영역은, 상기 피검사자의 코와 입의 위치를 기초로 특정되는 제1 검사영역과, 상기 피검사자의 가슴과 배의 위치를 기초로 특정되는 제2 검사영역과, 상기 피검사자의 팔과 다리의 위치를 기초로 특정되는 제3 검사영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 호흡상태 검사부는 상기 제1 검사영역 내지 상기 제3 검사영역에서 검출된 온도정보를 기초로 상기 피검사자의 호흡상태를 판별할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도정보 및 상기 동작정보에 기초하여 호흡상태 판단기준을 기계학습하는 학습부를 더 포함하고, 상기 호흡상태 검사부는 상기 호흡상태 판단기준을 기초로 상기 피검사자의 호흡상태를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 피검사자의 자세 변화에 따라 상기 영상촬영부의 위치를 조절하는 위치조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도정보 및 상기 동작정보에 기초하여 피검사자의 자세 판단기준을 기계학습하는 학습부를 더 포함하고, 상기 위치조절부는 상기 상기 자세 판단기준을 기초로 상기 피검사자의 자세를 판별하고, 판별된 상기 피검사자의 자세에 따라 상기 영상촬영부의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 방법은 근적외선 카메라를 이용하여 피검사자의 열영상을 획득하는 단계와, 온도정보 추출부가 상기 열영상으로부터, 상기 피검사자의 코와 입의 위치에 기초하여 검사영역을 특정하는 단계와, 온도정보 추출부가 상기 검사영역에서의 온도정보를 추출하는 단계와, 모션센서부가 상기 피검사자의 동작을 감지하여 동작정보를 생성하는 단계와, 호흡상태 검사부가 상기 온도정보 및 상기 동작정보에 기초하여 상기 피검사자의 호흡상태를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 근적외선 카메라는 복수개 구비되고, 복수개의 상기 근적외선 카메라는 상기 피검사자를 중심으로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도정보 추출부가 추가 검사영역을 특정하는 단계와, 상기 추가 검사영역에서의 온도정보를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 추가 검사영역은 상기 피검사자의 가슴과 배의 위치 및 팔과 다리의 위치 중 적어도 하나를 기초로 하여 특정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 학습부가 상기 온도정보 및 상기 동작정보에 기초하여 호흡상태 판단기준을 기계학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 피검자사의 호흡상태를 감지하는 단계는, 상기 호흡상태 판단기준을 기초로 상기 피검사자의 호흡상태를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 위치조절부가 상기 피검사자의 자세 변화에 따라 상기 근적외선 카메라의 위치를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 학습부가 상기 동작정보에 기초하여 호흡상태 판단기준을 기계학습하는 단계를 더 포함하고, 상기 근적외선 카메라의 위치를 조절하는 단계는, 상기 위치조절부가, 상기 자세 판단기준에 기초하여 상기 피검사자의 자세를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 호흡상태 모니터링 장치 및 방법은 근적외선 또는 적외선 카메라로 열영상을 촬영하여 방해요인에 의한 검사의 정확도 감소를 방지하고, 비접촉식 검사 방식을 통해 피검사자의 불편함을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 호흡상태 모니터링 장치의 프로세서 및 모션센서부를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 호흡상태 모니터링 장치의 검사영역 특정 및 온도정보 추출 방법을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 호흡상태 모니터링 장치의 영상촬영부 위치 조절 방법을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 각 도면에서, 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
각 구성요소의 설명에 있어서, 상(on)에 또는 하(under)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(on)과 하(under)는 직접 또는 다른 구성요소를 개재하여 형성되는 것을 모두 포함하며, 상(on) 및 하(under)에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치를 도시한 다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치를 도시하고, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치를 도시한다. 도 4는 본 발명에 따른 프로세서 및 모션센서부를 도시하며, 도 5는 본 발명에 따른 호흡상태 모니터링 장치에 의한 검사영역 특정 및 온도정보 추출 방법을 도시한다. 도 6은 본 발명에 따른 호흡상태 모니터링 장치의 영상촬영부 위치 조절 방법을 도시한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 호흡상태 모니터링 장치(10)는 영상촬영부(100)와, 모션센서부(200)와, 온도정보 추출부(310)와, 호흡상태 검사부(320)를 포함할 수 있다. 또한, 호흡상태 모니터링 장치(10)는 위치조절부(340)와, 학습부(330)를 더 포함할 수 있다.
호흡상태는 정상호흡상태와, 저호흡상태 및 무호흡상태를 포함하며, 이때 피검사자(P)의 체온변화를 통해 피검사자(P)의 현재 호흡상태가 어떤 상태에 해당하는지 판단할 수 있다. 예를 들면, 호기 시에는 피검사자(P)의 체온에 의해 덥혀진 공기가 코와 입을 통해 체외로 배출되면서 피검사자(P)의 코와 입 주변부의 온도가 상승할 수 있다. 이에 따라 열영상카메라에 의해 촬영된 피검사자(P)의 열영상 및 온도 신호가 변동될 수 있다. 이때 정상호흡상태에서의 열영상 및 온도 신호의 변화 정도와 대비할 때, 일 예로 저호흡상태에서는 열영상 및 온도 신호의 변화 정도가 감소할 수 있고, 다른 예로 무호흡의 경우에는 주변부 열영상의 변화가 없을 수 있다. 이에 따라, 코와 입 주변부에서의 열영상을 분석하여 호흡 특이적 패턴을 결정할 수 있다.
영상촬영부(100)는 피검사자(P)를 촬영하여, 피검사자(P)의 열영상을 획득할 수 있다. 이때 영상촬영부(100)는 피검사자(P)의 신체의 온도 분포를 촬영할 수 있는 열화상 카메라를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 열화상 카메라는 근적외선 카메라, 적외선 카메라 또는 그 밖의 인체의 열영상 촬영이 가능한 카메라일 수 있다. 다만 설명의 편의를 위해 이하에서는, 영상촬영부(100)가 근적외선 카메라를 포함하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다. 이때, 영상촬영부(100)는 근적외선 카메라를 포함함으로써, 영상촬영부(100)와 피검사자(P) 사이에 방해 요인(예를 들어, 피검사자(P)가 덮고 있는 이불, 피검사자(P)가 입고 있는 옷, 피검사자(P)와 영상촬영부(100) 사이에 배치된 장막 등)이 존재하는 경우에도, 장애물에 방해를 받지 않고 피검사자(P)의 열영상을 획득할 수 있다. 이러한 경우, 영상촬영부(100)에 의해 촬영된 열영상은 일 예로서 근적외선 멀티 스펙트럼 이미지일 수 있다.
영상촬영부(100)는 피검사자(P)와 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 경우, 영상촬영부(100)는 피검사자(P) 또는 피검사자(P)가 위치하는 검사용 침대(B)로부터 소정의 거리만큼 이격되어 피검사자(P)와 접촉하지 않은 상태로, 피검사자(P)를 촬영할 수 있다.
영상촬영부(100)는 이동가능하도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 영상촬영부(100)는 영상촬영부(100)로부터 피검사자(P)까지의 거리를 조절할 수 있다. 이에 의해, 피검사자(P)의 키 등의 신체 특징 등에 따라 영상촬영부(100)의 위치를 조절하여, 필요로 하는 피검사자(P)의 신체 영역의 열영상을 획득할 수 있다.
영상촬영부(100)는 적어도 하나 구비될 수 있다. 일 실시예로, 도 1에 도시된 바와 같이 영상촬영부(100)는 한 개 구비될 수 있다. 이러한 경우, 영상촬영부(100)는 피검사자(P)의 열영상을 획득하기 위한 최적의 위치에 배치될 수 있다. 일 예로, 영상촬영부(100)는 피검사자(P) 또는 피검사자(P)가 위치하는 검사용 침대(B)의 상부에 위치할 수 있고, 이때 영상촬영부(100)는 피검사자의 발끝 부분의 상부에 배치되거나, 피검사자(P)의 머리부의 상부에 배치될 수 있다. 다른 예로 영상촬영부(100)는 검사용 침대(B)를 중심으로, 검사용 침대(B)의 주변에 위치할 수 있으며, 이때 영상촬영부(100)는 피검사자(P)의 측면 또는 검사용 침대(B)의 측면에 배치될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 영상촬영부(100)는 복수개 구비될 수 있다. 이러한 경우, 복수개의 영상촬영부(100)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 구체적으로 복수개의 영상촬영부(100)는 피검사자(P) 또는 검사용 침대(B)를 중심으로, 피검사자(P) 또는 검사용 침대(B)의 둘레방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 실시예로, 복수개의 영상촬영부(100)는 제1 영상촬영부(110), 제2 영상촬영부(120), 제3 영상촬영부(130) 및 제4 영상촬영부(140)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 영상촬영부(110)는 내지 제4 영상촬영부(140)는 각각, 검사용 침대(B)의 상단부(예컨대, 피검사자(P)의 머리 부분), 우측면, 좌측면 및 하단부(예컨대, 피검사자(P)의 발 부분) 중 어느 하나에 인접하도록, 서로 상이한 위치로 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 영상촬영부(110) 내지 제4 영상촬영부(140) 각각이 피검사자(P)를 서로 상이한 위치 및 각도에서 촬영함으로써, 다양한 방향 및 각도에서 촬영된 열영상을 획득할 수 있다. 이처럼 복수개의 영상촬영부(100)를 이용해 다양한 위치에서 열영상을 촬영함으로써 열영상의 노이즈를 제거하고 열영상 촬영결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 다른 실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이 영상촬영부(100-2)는 피검사자(P)가 위치하는 검사용 침대(B)의 길이방향(예를 들어, 도 3의 L방향)을 따라 선형이동하며, 피검사자(P)의 열영상을 촬영할 수 있다. 이때 영상촬영부(100-2)는 내부에 검사용 침대(B)가 통과하도록 이동홀(101-2)이 배치될 수 있다. 영상촬영부(100-2)는 원판 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 영상촬영부(100-2) 사각판, 다각판 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
영상촬영부(100-2)는 카메라(110-2)를 포함할 수 있다. 카메라(110-2)는 영상촬영부(100-2)의 내측면(102-2)에 배치될 수 있다. 이때 카메라(110-2)는 영상촬영부(100-2)의 내측면(102-2)과 연결된 연결축을 중심으로 회전 가능하고, 카메라(110-2)의 틸팅각(tilting angle)을 조절할 수 있다. 이러한 경우 모션 센서부에서 감지한 피검사자(P)의 움직임에 기초하여, 카메라(110-2)가 회전하면서 위치가 변경될 수 있다.
일 실시예로서, 영상촬영부(100-2)는 복수개의 카메라를 포함할 수 있다. 이때 복수개의 카메라의 개수에 제한은 없으나, 설명의 편의를 위해 영상촬영부(100-2)가 3개의 카메라(즉, 제1 카메라(110-2), 제2 카메라(120-2), 제3 카메라(130-2))를 구비하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
제1 카메라(110-2), 제2 카메라(120-2) 및 제3 카메라(130-2)는 영상촬영부(100-2)의 원주방향을 따라 서로 이격되고, 영상촬영부(100-2)의 내측면(102-2)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 카메라(110-2)는 검사용 침대(B)의 길이방향과 평행하고 검사용 침대(B)의 중심을 지나는 임의의 선과 평행하도록 영상촬영부(100-2)의 내측면(102-2)에 배치될 수 있으며, 이때 제2 카메라(120-2)와 제3 카메라(130-2)는 제1 카메라(110-2)를 중심으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 영상촬영부(100-2)의 이동홀(101-2)을 통과하여 이동하는 검사용 침대(B) 상의 피검사자(P)를 서로 상이한 각도에서 촬영할 수 있다.
제1 카메라(110-2), 제2 카메라(120-2) 및 제3 카메라(130-2)는 상술한 바와 같이, 영상촬영부(100-2)와 연결된 연결축을 중심으로 회전할 수 있다. 이때 제1 카메라(110-2) 내지 제3 카메라(130-2) 각각은 서로 독립적으로 회전함으로써, 각 카메라의 회전 방향 및 틸팅각은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 카메라(110-2)는 R1a방향 또는 R1b방향으로 회전 가능하고, 제2 카메라(120-2)는 R2a방향 또는 R2b방향으로 회전 가능하며, 제3 카메라(130-2)는 R3a방향 또는 R3b방향으로 회전할 수 있다. 이에 의해 피검사자(P)의 열영상을 다양한 각도에서 측정하고, 이러한 열영상들을 종합하여 피검사자(P)의 호흡 상태를 평가함으로써 검사의 정확성을 향상시킬 수 있다.
모션센서부(200)는 피검사자(P)의 동작을 감지하여 동작정보를 생성할 수 있다. 여기서, 동작정보는 피검사자(P)의 신체 일부분과 피검사자(P)의 몸 전체 중 적어도 하나의 이동 경로 및 이동 위치를 포함하는 정보일 수 있다. 일 실시예로서, 피검사자(P)가 얼굴이나 팔, 다리 등의 신체 부위를 움직이는 경우, 모션센서부(200)가 신체 일부분의 움직임을 감지하고, 그 움직임을 추적하여 신체 일부분의 이동 경로 및 이동 위치를 검출할 수 있다. 다른 실시예로서, 모션센서부(200)는 피검사자(P)의 신체의 각 부분별 움직임을 감지하고, 그 움직임을 추적하여 신체의 각 부분별 이동 경로 및 이동 위치를 검출하거나, 검출된 신체의 각 부분별 이동 경로 및 이동 위치에 기초하여 피검사자(P)의 몸 전체의 이동 경로 및 이동 위치를 검출할 수 있다. 모션센서부(200)는 상기와 같이 검출된 이동 경로, 이동 위치 등의 피검사자(P)의 움직임을 보여주는 동작 신호를 생성할 수 있다.
모션센서부(200)는 복수개 구비될 수 있다. 이러한 경우, 복수개의 모션센서부(200)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 모션센서부(200)는 피검사자(P) 또는 검사용 침대(B)를 중심으로, 피검사자(P) 또는 검사용 침대(B)의 둘레방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 실시예로, 복수개의 모션센서부(200)는 제1 모션센서부(210), 제2 모션센서부(220), 제3 모션센서부(230) 및 제4 모션센서부(240)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 모션센서부(210) 내지 제4 모션센서부(240)는 각각, 검사용 침대(B)의 상단부(예컨대, 피검사자(P)의 머리 부분), 우측면, 좌측면 및 하단부(예컨대, 피검사자(P)의 발 부분) 중 어느 하나에 인접하도록, 서로 상이한 위치로 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 모션센서부(210) 내지 제4 모션센서부(240) 각각이, 서로 상이한 위치 및 각도에서 피검사자(P)의 동작을 감지하여 동작정보를 생성함으로써, 피검사자(P)의 움직임을 보다 정밀히 파악하고, 생성되는 동작정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
모션센서부(200)는 생성된 동작정보를 호흡상태 검사부(320) 또는 학습부(330)로 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 장치(10)는 하나 이상의 프로세서(300)를 포함할 수 있다. 호흡상태 모니터링 장치(10)는 마이크로 프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 프로세서(300)는 온도정보 추출부(310), 호흡상태 검사부(320)를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 학습부(330) 및 위치조절부(340) 를 더 포함할 수 있다.
온도정보 추출부(310)는 영상촬영부(100)에서 촬영된 열영상을 전달받고, 전달받은 열영상을 기초로 검사영역(A)을 특정할 수 있다. 이때 검사영역(A)은 피검사자(P)의 호흡상태를 판단하기 위해, 피검사자(P)의 체온 변화를 확인할 수 있는 신체의 일부분 또는 일영역일 수 있다.
온도정보 추출부(310)는 적어도 하나의 검사영역(A)을 특정할 수 있다. 일 실시예로서, 온도정보 추출부(310)는 한 개의 검사영역(A)을 특정할 수 있다. 이러한 경우, 한 개의 검사영역(A)은 피검사자(P)의 호흡상태를 판단하기 위한 최적의 위치를 포함하도록 특정될 수 있다. 일 예로, 검사영역(A)은 피검사자(P)의 코와 입의 위치를 기초로 특정될 수 있으며, 이때 온도정보 추출부(310)는 도 5에 도시된 것처럼, 피검사자(P)의 코에서 턱을 연결한 직선거리(r)를 직경으로 하는 가상의 원을 설정하고, 가상의 원의 내부 영역을 검사영역(A)으로 특정할 수 있다.
다른 실시예로서, 검사영역(A)은 복수개 특정될 수 있으며, 일 예로 복수개의 검사영역(A)은 제1 검사영역(A1), 제2 검사영역(A2) 및 제3 검사영역(A3)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제1 검사영역(A1)은 피검사자(P)의 코와 입을 포함하도록 특정될 수 있으며, 이때 제1 검사영역(A1)을 특정하는 방법은 상술한 바와 동일할 수 있다. 제2 검사영역(A2)은 피검사자(P)의 가슴과 배의 위치를 기초로 특정될 수 있다. 일 예로, 제2 검사영역(A2)은 피검사자(P)의 쇄골 바로 아래로부터, 가슴과 배를 지나 골반 위까지 연장되는 영역으로 특정될 수 있다. 제3 검사영역(A3)은 피검사자(P)의 팔과 다리의 위치를 기초로 특정될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 온도정보 추출이 필요한 검사대상부에 따라, 검사영역(A)의 수 및 위치는 변경될 수도 있다.
온도정보 추출부(310)는 특정된 검사영역(A)에서의 온도정보를 추출할 수 있다. 이때, 온도정보는 열영상으로부터 추출된, 검사영역(A)에서의 체온 또는 체온 변화량을 포함할 수 있다. 피검사자(P)가 호흡 시, 검사영역(A)에서의 피검사자(P)의 체온이 변할 수 있다. 일 예로, 피검사자(P)가 숨을 들이쉬는 경우(흡기), 피검사자(P)의 코, 입 및 그 주변부 피부 표면의 온도가 하강할 수 있으며, 피검사자(P)가 숨을 내쉬는 경우(호기)에는 피검사자(P)의 코, 입 및 그 주변부의 피부 표면의 온도가 상승할 수 있다. 다른 예로, 피검사자(P)의 움직임이 있는 경우, 피검사자(P)의 신체의 일부분의 체온이 상승할 수 있다.
온도정보는 피검사자(P)의 흡기 및 호기 각각의 경우에, 검사영역(A)에서의 이산화탄소 및 수증기의 변화량에 대한 정보를 더 포함할 수 있다. 근적외선은 0.78-3μm 의 파장을 가지고 있으며, 피검사자(p)의 피부 표면으로부터 수 밀리미터의 깊이까지 침투가 가능하고, 대기 중에서 파장 대역에 따라 적외선을 흡수하는 대기 성분이 상이해질 수 있다. 예를 들어, 4.3 미크론 근방에서는 이산화탄소에 의한 적외선의 흡수가 이루어 지고, 6.5미크론 근방에서는 수증기에 의한 적외선의 흡수가 이루어질 수 있으며, 이에 의해 근적외선이 선택적으로 투과될 수 있다. 이러한 근적외선의 선택적 투과도에 의해 피검사자(P)의 흡기와 호기에서 근적외선의 파장에 따라 검사영역(A)에서의 이산화탄소 및 수증기의 상대적인 양이 현저히 달라질 수 있다. 예를 들어, 피검사자(P)의 호기에는 흡기에 비해 특정 파장 대역에서 검사영역(A) 내의 이산화탄소와 수증기의 양이 증가할 수 있다. 이러한 근적외선의 파장에 따른 검사영역(A) 내의 이산화탄소 및 수증기의 변화량을 분석함으로써, 피검사자(P)의 호흡 상태를 검출하는 데 이용할 수 있다.
검사영역(A)이 복수개로 특정되는 실시예에서, 온도정보 추출부(310)는 복수개의 검사영역(A) 각각에서 온도정보를 추출할 수 있다. 예를 들어, 온도정보 추출부(310)는 제1 검사영역(A1)에서의 코와 입 및 그 주변부의 온도 및/또는 온도 변화량과, 제2 검사영역(A2)에서의 가슴과 배 및 그 주변부의 온도 및/또는 온도 변화량과, 제3 검사영역(A3)에서의 팔과 다리 및 그 주변부의 온도 및/또는 온도 변화량을 각각 추출할 수 있다. 또한, 온도정보 추출부(310)는, 특정되는 검사영역(A)의 수를 늘림으로써 피검사자(P)의 신체를 세그먼트화(segmented)함으로써, 신체 부위별 온도변화를 파악 가능하게 하고, 이에 의해 검사가 필요한 특정 신체 부위의 온도 정보만을 선택적으로 검출할 수 있다.
온도정보 추출부(310)는 검사영역(A)에서의 온도정보를 추출하여 호흡상태 검사부(320) 또는 학습부(330)로 전달할 수 있다.
호흡상태 검사부(320)는 온도정보와 동작정보를 기초로, 피검사자(P)의 호흡상태를 판단할 수 있다. 이러한 경우, 호흡상태 검사부(320)는 피검사자(P)의 체온 및 움직임을 실시간으로 측정하여, 피검사자(P)의 호흡량, 호흡상태 및 수면상태 등을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
학습부(330)는 일 실시예로, 피검사자(P)의 호흡상태 판단기준을 기계학습할 수 있다. 이때 학습부(330)는 온도정보 추출부(310)로부터 전달받은 온도정보와 모션센서부(200)로부터 전달받은 동작정보 중 적어도 하나를 기초로, 호흡상태 판단기준을 기계학습할 수 있다. 다른 실시예로, 학습부(330)는 피검사자(P)의 자세 판단기준을 기계학습할 수 있다. 이때 학습부(330)는 모션센서부(200)로부터 전달받은 동작정보를 기초로 자세 판단 기준을 기계학습할 수 있다. 학습부(330)는 일 예로, 머신 러닝(machine learning) 또는 딥 러닝(deep- learning) 방식으로 호흡상태 판단기준 또는 자세 판단기준을 학습할 수 있다.
위치조절부(400)는 피검사자(P)의 자세에 따라 영상촬영부(100)의 위치를 조절할 수 있다. 위치조절부(400)는 학습부(330)에서 학습된 자세 판단기준에 기초하여 피검사자(P)의 자세를 판별할 수 있다. 이때, 위치조절부(400)는 모션센서부(200)에서 측정된 피검사자(P) 또는 피검사자(P)의 신체 부위의 이동 경로 및 이동 위치 등의 정보를 자세 판단기준에 적용하여, 피검사자(P)의 자세를 판단할 수 있다.
위치조절부(400)는 피검사자(P)의 자세를 판별한 후, 판별된 자세에 따라, 영상촬영부(100)의 위치 또는 촬영각도를 조절할 수 있다.
일 실시예로서, 위치조절부(400)는 판별된 자세에 따라 영상촬영부(100)의 틸팅각을 조절하거나, 영상촬영부(100)를 회전시킬 수 있다. 다른 실시예로서, 위치조절부(400)는 판별된 자세에 따라 영상촬영부(100)를 피검사자(P) 또는 검사용 침대(B)를 중심으로 상하좌우로 이동시켜, 영상촬영부(100)의 위치를 조절할 수 있다. 또 다른 실시예로서, 위치조절부(340)는 판별된 자세가 앙와위, 측와위 또는 복와위 여부에 따라 영상촬영부(100)의 틸팅각 및 위치를 상이하게 조절할 수 있다. 이러한 경우, 영상촬영부(100)는 위치조절부(400)에 의해 조절된 위치에서 피검사자(P)를 촬영하고, 이를 기초로 호흡상태 검사부(320)가 피검사자(P)의 호흡상태를 판단함으로써, 모니터링 중 피검사자(P)의 자세 변경되더라도, 균일한 정확도로 검사를 지속할 수 있다.
프로세서(300)가 학습부(330)를 포함하는 경우, 호흡상태 검사부(320)는 호흡상태 판단기준을 기초로, 피검사자(P)의 호흡상태를 판단할 수 있다. 이러한 경우, 호흡상태 검사부(320)는 피검사자(P)의 체온 변화 및 동작 변화를 실시간으로 측정하고 학습된 호흡상태 판단기준에 적용하여, 피검사자(P)의 호흡량, 호흡상태 및 수면상태 등을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡상태 모니터링 방법은 아래와 같으며, 이하에서는 프로세서(300)가 학습부(330)와 위치조절부(340)를 포함하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
단계 S10에서, 영상촬영부(100)는 피검사자(P)의 열영상을 촬영할 수 있다. 이때 영상촬영부(100)는 근적외선 카메라 또는 적외선 카메라를 이용하여 피검사자(P)의 열영상을 획득할 수 있다. 이때, 영상촬영부(100)는 복수개의 근적외선 카메라 또는 적외선 카메라를 구비할 수 있으며, 복수개의 근적외선 또는 적외선 카메라는 서로 이격되어 상이한 위치에 배치됨으로써, 다양한 방향 및 각도에서의 열영상을 획득할 수 있다.
단계 S20에서, 모션센서부(200)는 피검사자(P)의 동작을 감지하여 동작정보를 생성할 수 있다. 이때, 모션센서부(200)는 피검사자(P)의 움직임 또는 피검사자(P)의 특정 신체 부위의 움직임을 감지하고, 그 움직임을 추적하여 피검사자(P) 또는 피검사자(P)의 특정 신체 부위의 이동 경로 및 이동 위치를 기초로 동작정보를 생성할 수 있다.
단계 S30에서, 온도정보 추출부(310)는 영상촬영부(100)에서 촬영된 열영상으로부터, 피검사자(P)의 코와 입위 위치에 기초하여 검사영역(A)을 특정할 수 있다. 다음으로, 온도정보 추출부(310)는 특정된 검사영역(A)에서의 온도정보를 추출할 수 있다. 일 실시예로서, 온도정보 추출부(310)는 추가 검사영역을 특정하여, 추가 검사영역에서의 온도정보를 추출할 수 있다. 이때, 추가 검사영역은 피검사자의 가슴과 배의 위치 및 팔과 다리의 위치 중 적어도 하나를 기초로 특정될 수 있다.
단계 S40에서, 학습부(330)는 온도정보 추출부(310)에서 추출된 온도정보와 모션센서부(200)에서 생성된 동작정보에 기초하여, 호흡상태 판단기준을 기계학습할 수 있다. 다른 실시예로서, 학습부(330)는 모션센서부(200)에서 생성된 동작정보에 기초하여, 피검사자(P)의 자세 판단기준을 기계학습할 수 있다.
단계 S50에서, 호흡상태 검사부(320)는 온도정보 추출부(310)에서 추출된 온도정보와 모션센서부(200)에서 생성된 동작정보에 기초하여, 피검사자(P)의 호흡상태를 감지할 수 있다. 이때, 호흡상태 검사부(320)는 학습된 호흡상태 판단기준을 기초로 피검사자(P)의 호흡량, 호흡상태 및 수명상태 등을 판단할 수 있다.
위치조절부(400)가 피검사자(P)의 자세에 따라 영상촬영부(100)의 위치를 조절할 수 있다. 이때 위치조절부(400)가 영상촬영부(100)의 위치를 조절하는 방법은 아래와 같을 수 있다.
우선, 위치조절부(400)는 학습부(330)에서 학습된 자세 판단기준을 기초로, 피검사자(P)의 자세를 판별할 수 있다. 이때, 위치조절부(400)는 모션센서부(200)에서 측정된 피검사자(P) 또는 피검사자(P)의 신체 부위의 이동 경로 및 이동 위치 등의 정보를 자세 판단기준에 적용하여, 피검사자(P)의 자세를 판단할 수 있다.
다음, 위치조절부(400)는 판별된 피검사자(P)의 자세에 따라, 영상촬영부(100)의 위치를 조절할 수 있다. 일 실시예로, 위치조절부(400)는 판별된 자세에 따라 영상촬영부(100)의 틸팅각을 조절하거나, 영상촬영부(100)를 회전시켜 영상촬영부(100)를 조절하거나, 다른 실시예로서, 판별된 자세에 따라 영상촬영부(100)를 피검사자(P) 또는 검사용 침대(B)를 중심으로 상하좌우로 이동시켜, 영상촬영부(100)의 위치를 조절할 수 있다.
다음, 호흡상태 모니터링 장치는 영상촬영부(100)의 조절된 위치에서 피검사자(P)의 열영상을 촬영하고, 다시 상술한 검사 단계를 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 호흡상태 모니터링 장치 및 방법은 근적외선 또는 적외선 카메라로 열영상을 촬영하여 방해요인에 의한 검사의 정확도 감소를 방지하고, 비접촉식 검사 방식을 통해 피검사자의 불편함을 줄일 수 있다.
이상에서는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 호흡상태 모니터링 장치
100: 영상촬영부
200: 모션센서부
300: 프로세서
310: 온도정보 추출부
320: 호흡상태 검사부
330: 학습부
340: 위치조절부

Claims (15)

  1. 피검사자와의 거리를 조절하도록 이동가능하게 배치되며, 상기 피검사자를 촬영하여 열영상을 획득하는 적어도 하나의 영상촬영부;
    상기 피검사자의 동작을 감지하여 동작정보를 생성하는 모션센서부;
    상기 영상촬영부에서 획득한 상기 열영상으로부터 적어도 하나의 검사영역을 특정하고 상기 검사영역에서의 온도정보를 추출하는 온도정보 추출부;
    상기 온도정부 추출부에서 추출된 상기 온도정보 및 상기 모션센서부에서 생성된 상기 동작정보에 기초하여, 상기 피검사자의 호흡상태를 판단하는 호흡상태 검사부를 포함하는, 호흡상태 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영부는 복수개 구비되고,
    복수개의 상기 영상촬영부는 상기 피검사자를 중심으로 서로 이격되어 배치되는, 호흡상태 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영부는 근적외선 카메라를 포함하는, 호흡상태 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도정보 추출부는 상기 열영상으로부터 복수개의 검사영역을 특정하고,
    복수개의 상기 검사영역은,
    상기 피검사자의 코와 입의 위치를 기초로 특정되는 제1 검사영역;
    상기 피검사자의 가슴과 배의 위치를 기초로 특정되는 제2 검사영역; 및
    상기 피검사자의 팔과 다리의 위치를 기초로 특정되는 제3 검사영역;을 포함하는, 호흡상태 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 호흡상태 검사부는 상기 제1 검사영역 내지 상기 제3 검사영역에서 검출된 온도정보를 기초로 상기 피검사자의 호흡상태를 판별하는, 호흡상태 모니터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 온도정보 및 상기 동작정보에 기초하여 호흡상태 판단기준을 기계학습하는 학습부;를 더 포함하고,
    상기 호흡상태 검사부는 상기 호흡상태 판단기준을 기초로 상기 피검사자의 호흡상태를 판단하는, 호흡상태 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피검사자의 자세 변화에 따라 상기 영상촬영부의 위치를 조절하는 위치조절부;를 더 포함하는, 호흡상태 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동작정보에 기초하여 피검사자의 자세 판단기준을 기계학습하는 학습부;를 더 포함하고,
    상기 위치조절부는 상기 자세 판단기준을 기초로 상기 피검사자의 자세를 판별하고, 판별된 상기 피검사자의 자세에 따라 상기 영상촬영부의 위치를 조절하는, 호흡상태 모니터링 장치.
  9. 근적외선 카메라를 이용하여 피검사자의 열영상을 촬영하는 단계;
    온도정보 추출부가 상기 열영상으로부터, 상기 피검사자의 코와 입의 위치에 기초하여 검사영역을 특정하는 단계;
    온도정보 추출부가 상기 검사영역에서의 온도정보를 추출하는 단계;
    모션센서부가 상기 피검사자의 동작을 감지하여 동작정보를 생성하는 단계; 및
    호흡상태 검사부가 상기 온도정보 및 상기 동작정보에 기초하여 상기 피검사자의 호흡상태를 감지하는 단계;를 포함하는, 호흡상태 모니터링 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 근적외선 카메라는 복수개 구비되고,
    복수개의 상기 근적외선 카메라는 상기 피검사자를 중심으로 이격되어 배치되는, 호흡상태 모니터링 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    온도정보 추출부가 추가 검사영역을 특정하는 단계;와, 상기 추가 검사영역에서의 온도정보를 검출하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 추가 검사영역은 상기 피검사자의 가슴과 배의 위치 및 팔과 다리의 위치 중 적어도 하나를 기초로 하여 특정되는, 호흡상태 모니터링 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    학습부가 상기 온도정보 및 상기 동작정보에 기초하여 호흡상태 판단기준을 기계학습하는 단계;를 더 포함하는, 호흡상태 모니터링 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피검자사의 호흡상태를 감지하는 단계는, 상기 호흡상태 판단기준을 기초로 상기 피검사자의 호흡상태를 판단하는, 호흡상태 모니터링 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    위치조절부가 상기 피검사자의 자세 변화에 따라 상기 근적외선 카메라의 위치를 조절하는 단계;를 더 포함하는, 호흡상태 모니터링 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    학습부가 상기 동작정보에 기초하여 호흡상태 판단기준을 기계학습하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 근적외선 카메라의 위치를 조절하는 단계는, 상기 위치조절부가, 상기 자세 판단기준에 기초하여 상기 피검사자의 자세를 판별하는 단계를 포함하는, 호흡상태 모니터링 방법.
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