KR20210157062A - Bone density measurement system using near-infrared spectroscopy - Google Patents

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KR20210157062A
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최윤지
박규희
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a bone density measuring system based on near-infrared spectrometry. According to one embodiment of the present invention, the bone density measuring system based on near-infrared spectrometry may comprise: a light supplying unit including a light source of a near-infrared band and irradiating the light source to an inspection target; an optical receiving unit collecting light reflected by the irradiated light source from the target; a signal converting unit generating an image for the inspection target based on the collected light and calculating bone density of the inspection target; and an outputting unit outputting at least one between the bone density and the image.

Description

근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템{BONE DENSITY MEASUREMENT SYSTEM USING NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY}Bone density measurement system based on near-infrared spectroscopy {BONE DENSITY MEASUREMENT SYSTEM USING NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY}

본원은 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템에 관한 것이다. 특히, 본원은 근적외선 분광분석법을 기반의 센싱을 통해 척추와 대퇴골 부위를 포함하여 전신의 골밀도 영상의 획득이 가능한 골밀도 측정 시스템에 관한 것이다.The present application relates to a system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy. In particular, the present application relates to a system for measuring bone density capable of acquiring a bone density image of the entire body, including the spine and femur, through sensing based on near-infrared spectroscopy.

골밀도 측정 검사는 인체 특정 부위의 뼈의 양을 측정하기 위한 검사로, 골다공증, 골연화증과 같은 대부분의 대사성 골질환 환자에서는 뼈의 양이 감소하게 되며, 골밀도를 지표로 뼈의 양을 측정하고, 측정 결과를 정상인의 골밀도와 비교하여 골질환 환자 등의 대상자의 뼈의 양이 얼마나 감소되었는지를 평가하고자 하는 것을 목적으로 한다.Bone density measurement test is a test to measure the amount of bone in a specific part of the body, and in most patients with metabolic bone diseases such as osteoporosis and osteomalacia, the amount of bone decreases. The purpose of this study is to evaluate how much the bone mass of subjects such as patients with bone disease has decreased by comparing the results with the bone density of normal people.

골밀도의 측정에 가장 흔히 이용되는 이중에너지 X선 흡수 계측법은 검사하고자 하는 부위에 대하여 에너지가 높은 X선과 에너지가 낮은 X선으로 두 번 촬영을 하여 얻은 자료로 계산을 하여 골밀도를 구하는 방식으로 수행된다.Dual-energy X-ray absorptiometry, which is most commonly used to measure bone density, is performed in a way that calculates the bone density by taking two images of the area to be tested with high-energy X-rays and low-energy X-rays. .

이러한 이중에너지 X선 흡수 계측법은 간편하고 반복 측정 시 재현성(구체적으로, 반복 검사 시 같은 결과가 나오는 정도)이 높아서 골다공증 등의 환자에서 초기 진단은 물론 약물 치료에 대한 반응을 평가하는 데도 적합하다. 또한, 상술한 X선 흡수 계측법 외에도 초음파 검사를 이용한 골밀도 검사 역시 흔히 수행되며, 반면에 컴퓨터 단층촬영, 자기공명영상을 이용한 검사는 상대적으로 드물게 시행된다.This dual-energy X-ray absorptiometry is simple and has high reproducibility (specifically, the degree to which the same results are obtained during repeated tests) during repeated measurements, so it is suitable for initial diagnosis and evaluation of response to drug treatment in patients with osteoporosis, etc. In addition to the above-described X-ray absorptiometry, bone density examination using ultrasound is also frequently performed, whereas examination using computed tomography and magnetic resonance imaging is performed relatively infrequently.

다만, 종래의 골밀도 측정 방식 중 X선으로 진행되는 검사는 측정 횟수가 많아질수록 방사선 노출 위험이 높아져 지속적이고 반복적인 측정에 활용되기에는 어려움이 있다. 또한, 초음파를 통한 측정 방식은 음영의 발생으로 인하여 골밀도 측정에 적합하지 않은 측면이 존재한다.However, among the conventional methods for measuring bone density, the X-ray examination increases the risk of radiation exposure as the number of measurements increases, so it is difficult to be used for continuous and repeated measurement. In addition, the measurement method through ultrasound has an aspect that is not suitable for measuring bone density due to the occurrence of shadows.

한편, 근적외선분광분석법은 인체에 무해한 근적외선 영역의 파장을 이용하여 시료에서 흡수, 반사, 산란하는 현상을 이용해 시료를 분석하는 기술로 식물 종자, 육류 및 유제품 등의 품질 분석, 당도 분석, 각종 공정의 제어나 관리 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 특히, 곡류, 육류 및 유제품의 수분, 지방, 단백질, 탄수화물과 섬유질의 신속한 정량에 많이 사용되고 있다. 또한, 근적외선분광분석법은 기름 중 면실유, 땅콩유, 대두유, 카놀라유 등을 구분하거나(Karen), 오렌지주스의 원산지를 구분하거나(Scotter), 커피의 품종을 구별하는(Gerald) 등의 정성 분석에 활용된 선행 연구들이 일부 존재한다.On the other hand, near-infrared spectroscopy is a technology that analyzes samples using the phenomenon of absorption, reflection, and scattering from samples using wavelengths in the near-infrared region that are harmless to the human body. It is used in various fields such as control and management. In particular, it is widely used for rapid determination of moisture, fat, protein, carbohydrate and fiber in grains, meat and dairy products. In addition, near-infrared spectroscopy is used for qualitative analysis such as classifying cottonseed oil, peanut oil, soybean oil, and canola oil among oils (Karen), classifying the origin of orange juice (Scotter), and classifying coffee varieties (Gerald). There are some previous studies that have been done.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방사선 노출 위험이 없어 지속적인 측정이 가능한 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is intended to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present application is to provide a system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy that can be continuously measured without the risk of exposure to radiation.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템은, 근적외선 대역의 광원을 포함하고, 상기 광원을 검사 대상체에 조사하는 광 공급부, 상기 조사된 광원이 상기 대상체로부터 반사된 광을 집광하는 수광부, 상기 집광된 광에 기초하여 상기 검사 대상체에 대한 영상을 생성하고, 상기 검사 대상체의 골밀도를 산출하는 신호 변환부 및 상기 골밀도 및 상기 영상 중 적어도 하나를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy in an embodiment of the present application includes a light source in the near-infrared band, and a light supply unit that irradiates the light source to the object to be examined, the irradiated A light receiving unit for condensing the light reflected from the light source from the object, a signal conversion unit for generating an image of the examination object based on the collected light, and calculating the bone density of the examination object, and at least one of the bone density and the image It may include an output unit for outputting .

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 인체에 무해한 근적외선 영역을 활용하기 때문에 위험성이 낮아 반복적인 측정이 가능한 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템을 제공을 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to provide a system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy, which can be repeatedly measured due to a low risk because it utilizes a near-infrared region that is harmless to the human body.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 대상자의 검사 대상체에 대한 골밀도를 지속적, 반복적으로 측정할 수 있어 소정의 치료 전후의 효과를 용이하게 모니터링할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to continuously and repeatedly measure the bone density of the subject to the test subject, so that the effect before and after a predetermined treatment can be easily monitored.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 이동이 제한되는 대상자에서도 안정적으로 골밀도 정보를 획득하거나 골밀도 영상을 촬영할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to stably acquire bone density information or take a bone density image even in a subject whose movement is restricted.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1 내지 도 4는 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 to 4 are diagrams for explaining a system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본원은 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템에 관한 것이다. 특히, 본원은 근적외선 분광분석법을 기반의 센싱을 통해 척추와 대퇴골 부위를 포함하여 전신의 골밀도 영상의 획득이 가능한 골밀도 측정 시스템에 관한 것이다.The present application relates to a system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy. In particular, the present application relates to a system for measuring bone density capable of acquiring a bone density image of the entire body, including the spine and femur, through sensing based on near-infrared spectroscopy.

도 1 내지 도 4는 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 to 4 are diagrams for explaining a system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy.

도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템은, 광 공급부, 수광부, 신호 변환부 및 출력부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy according to an embodiment of the present application may include a light supply unit, a light receiving unit, a signal conversion unit, and an output unit.

또한, 본원의 일 실시예에 따른 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템은 검사 대상체에 대한 근적외선 분광분석 기반 골밀도 분석 결과(예를 들면, 골밀도 분석 영상 등)를 수신 및 출력하는 검사자 단말(미도시)을 포함할 수 있다.In addition, the system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy according to an embodiment of the present application receives and outputs a result of near-infrared spectroscopy-based bone density analysis (eg, bone density analysis image, etc.) for a test subject and an examiner terminal (not shown) may include

광 공급부, 수광부, 신호 변환부, 출력부 및 검사자 단말 상호간은 네트워크(미도시)를 통해 통신할 수 있다. 네트워크(미도시)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(미도시)의 일 예에는, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), wifi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.The light supply unit, the light receiving unit, the signal conversion unit, the output unit, and the tester terminal may communicate with each other through a network (not shown). A network (not shown) refers to a connection structure capable of exchanging information with each other, such as terminals and servers, and an example of such a network (not shown) includes a 3rd Generation Partnership Project (3GPP) network, LTE (Long Term Evolution) network, 5G network, WIMAX (World Interoperability for Microwave Access) network, Internet, LAN (Local Area Network), Wireless LAN (Wireless Local Area Network), WAN (Wide Area Network), PAN ( Personal Area Network), wifi network, Bluetooth network, satellite broadcasting network, analog broadcasting network, Digital Multimedia Broadcasting (DMB) network, etc. are included, but are not limited thereto.

검사자 단말은 예를 들면, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC등과 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 같은 모든 종류의 무선 통신 장치일 수 있다.The examiner terminal is, for example, a smartphone, a smart pad, a tablet PC, and the like and a PCS (Personal Communication System), GSM (Global System for Mobile communication), PDC (Personal Digital Cellular), PHS (Personal Handyphone System) ), PDA (Personal Digital Assistant), IMT (International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA (Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA (W-Code Division Multiple Access), Wibro (Wireless Broadband Internet) It may be a wireless communication device of

광 공급부는 근적외선 대역의 광원을 포함할 수 있다. 여기서, 근적외선 대역의 광원이란 예를 들면, 750nm 내지 1500nm 범위의 파장 대역의 광을 출력하는 광원일 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 광 공급부의 근적외선 대역의 광원은 적어도 하나 이상의 LED 광원일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The light supply unit may include a light source in the near-infrared band. Here, the light source of the near-infrared band may be, for example, a light source that outputs light of a wavelength band of 750 nm to 1500 nm. In addition, according to an embodiment of the present application, the light source of the near-infrared band of the light supply unit may be at least one LED light source, but is not limited thereto.

도 2를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 광 공급부는 제1대역 파장의 광을 조사하는 제1광원 및 제2대역 파장의 광을 조사하는 제2광원을 포함할 수 있다. 예시적으로 제1대역 파장 및 제2대역 파장은 각각 980nm 및 1200nm일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 2 , the light supply unit according to an embodiment of the present application may include a first light source irradiating light of a first band wavelength and a second light source irradiating light of a second band wavelength. Exemplarily, the wavelength of the first band and the wavelength of the second band may be 980 nm and 1200 nm, respectively, but are not limited thereto.

또한, 광 공급부는 근적외선 대역의 광원을 검사 대상체에 조사할 수 있다.In addition, the light supply unit may irradiate a light source in the near-infrared band to the object to be inspected.

근적외선 분광분석법은 일반적으로 비의료 분야에서는 과일의 당도 분석, 제품의 품질 분석, 자동차 추돌 방지 센서 등에 적용된바 있으며, 의료 분야에서는 조직 내 산소 포화도 감지, 뇌조직의 활성도 분석 등에 활용될 수 있다. 본원에서 개시하는 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템은 이러한 근적외선 분광분석법에 기반하여 검사 대상체의 골밀도를 측정하고, 측정된 골밀도에 기초하여 검사 대상체에 대한 평가와 이상 탐지를 수행할 수 있다.In general, near-infrared spectroscopy has been applied to fruit sugar analysis, product quality analysis, and automobile collision avoidance sensors in non-medical fields, and in the medical field, it can be used to detect oxygen saturation in tissues and analyze brain tissue activity. The system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy disclosed herein may measure the bone density of a test subject based on such near-infrared spectroscopy, and may perform evaluation and abnormality detection on the test subject based on the measured bone density.

이와 관련하여, 근적외선 분광분석법은 환자의 인체에 무해하며, 신속한 검체 분석이 가능하다는 이점을 갖는다.In this regard, near-infrared spectroscopy has the advantage that it is harmless to the human body of a patient and enables rapid sample analysis.

수광부는 조사된 광원이 대상체로부터 반사된 광을 집광할 수 있다.The light receiving unit may condense the light reflected from the irradiated light source from the object.

도 2를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 수광부는 제1대역 파장의 광에 대응하는 광을 센싱(집광)하는 제1광 검출부 및 제2대역 파장의 광에 대응하는 광을 센싱(집광)하는 제2광 검출부를 포함할 수 있다. 예시적으로 제1대역 파장 및 제2대역 파장은 상술한 광 공급부에 대응하도록 각각 980nm 및 1200nm일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 본원의 일 실시예에 따르면, 제1광 검출부 및 제2광 검출부는 Photodetector로 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2 , a light receiving unit according to an embodiment of the present application senses (condensing) light corresponding to a light of a first band wavelength and a first light detecting unit sensing (condensing) light corresponding to a light of a second band wavelength ) may include a second light detection unit. Exemplarily, the wavelength of the first band and the wavelength of the second band may be 980 nm and 1200 nm, respectively, to correspond to the above-described light supply unit, but are not limited thereto. According to an embodiment of the present application, the first light detection unit and the second light detection unit may be provided as a photodetector.

다른 예로, 수광부는 대상체로부터 반사된 근적외선 대역의 광을 집광하는 렌즈부(Objective lens), 집광된 광의 노이즈를 제거하는 필터부(Filter) 및 집광된 광에 대응하는 전기 신호를 생성하는 카메라부를 포함할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 카메라부는 전하 결합 소자(CCD)를 활용하여 변환된 전기 신호를 생성하는 NIR CCD camera일 수 있다.As another example, the light receiving unit includes a lens unit for condensing light in the near-infrared band reflected from the object, a filter unit for removing noise from the collected light, and a camera unit for generating an electrical signal corresponding to the collected light. can do. According to an embodiment of the present application, the camera unit may be a NIR CCD camera that generates a converted electrical signal by utilizing a charge coupled device (CCD).

본원의 일 실시예에 따르면, 광 공급부는 검사 대상체가 배치되는 안착부(미도시)의 하측 또는 상측에 구비되어 대상체의 하부 또는 상부를 향하여 근적외선 대역의 광을 조사하고, 이와 반대로 수광부는 안착부의 상측 또는 하측에 구비되어 대상체로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 집광하도록 배치될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 본원의 구현예에 따라 광 공급부 및 수광부는 안착부를 기준으로 상측 또는 하측에 함께 배치되는 것일 수 있다. 예시적으로 도 2를 참조하면, 광 공급부 및 수광부는 광 공급부와 수광부 사이에 검사 대상체가 안착되는 안착부에 대응하는 공간이 구비될 수 있도록 상호 대향하여 이격되게 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the light supply unit is provided below or above the seating part (not shown) on which the test object is disposed to irradiate the light of the near-infrared band toward the bottom or top of the object, and on the contrary, the light receiving part is provided on the seating part. It is provided on the upper side or the lower side and may be arranged to collect light reflected, scattered, or transmitted from the object, but is not limited thereto. may be placed. Exemplarily referring to FIG. 2 , the light supply unit and the light receiving unit may be disposed to face each other and spaced apart from each other so that a space corresponding to the seating unit on which the object to be inspected is seated may be provided between the light supply unit and the light receiving unit.

신호 변환부는 집광된 광에 대한 신호 처리를 수행할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 신호 변환부는 카메라부와 연계하여 집광된 광에 기초하여 변환된 전기 신호로 소정의 이미지(영상, 화상)를 생성하는 처리(프로세스)를 수행하는 것일 수 있다.The signal converter may perform signal processing on the focused light. According to an embodiment of the present application, the signal conversion unit may be to perform a process (process) of generating a predetermined image (image, image) with an electric signal converted based on the focused light in connection with the camera unit.

광 공급부에 의해 조사되는 빛(광) 전체를 1로보면, 하기 식 1과 같이 광은 투과율, 흡수율 및 반사율의 합으로 표현할 수 있다.If the total light (light) irradiated by the light supply unit is 1, light can be expressed as the sum of transmittance, absorption, and reflectance as shown in Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, 검사 대상체의 각 부분에서의 반사율은 주변 노이즈와 반사 계수를 통해 정해질 수 있다. 이러한 반사율을 구체적으로 구하기 위해서는 칼슘 블록 등을 활용하여 광의 세기에 따른 반사계수 값을 결정하고, 결정된 반사계수 값을 이용하면 주변 노이즈 및 반사 계수에 의한 값이 획득될 수 있다. 이와 관련하여 본원의 일 실시예에 따른 신호 변환부는 광 공급부에 의해 조사되는 광의 세기(예를 들면, LED 광원의 세기) 및 반사 계수의 기울기 값(예를 들면, 반사 계수 그래프의 기울기)을 계산할 수 있다. 또한, 신호 변환부는 검사 대상체의 골 내부의 칼슘 농도에 기초하여 광의 흡수 정도(예를 들면, 흡수율)가 변화하는 경향에 기초하여 골밀도 값을 산출하는 것일 수 있다.In addition, the reflectivity of each part of the object to be inspected may be determined based on ambient noise and a reflection coefficient. In order to obtain such a reflectance in detail, a value of a reflection coefficient according to the intensity of light is determined using a calcium block, etc., and a value due to ambient noise and a reflection coefficient can be obtained by using the determined reflection coefficient value. In this regard, the signal converter according to an embodiment of the present application calculates the intensity of the light (eg, the intensity of the LED light source) and the slope value of the reflection coefficient (eg, the slope of the reflection coefficient graph) irradiated by the light supply unit. can In addition, the signal converter may calculate a bone density value based on a tendency of the degree of light absorption (eg, absorption rate) to change based on the calcium concentration in the bone of the test subject.

전술한 신호 변환부에 의한 골밀도 산출 프로세스를 식으로 표현하면 하기 식 2 및 식 3과 같다.If the bone density calculation process by the above-described signal conversion unit is expressed as an equation, it is shown in Equations 2 and 3 below.

[식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[식 3][Equation 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, 980PD 및 1200PD는 각각 제1광 검출부 및 제2광 검출부의 센싱 결과이고, 980LED 및 1200LED는 각각 제1광원 및 제2광원이 조사하는 광을 의미하고, Bone Mineral Density는 산출된 골밀도의 값이고, k는 반사 계수에 대한 고정된 계수(fixed coefficient)이고, E는 광 공급부와 연계된 기준 전압(reference voltage)을 의미하는 것일 수 있다.Here, 980 PD and 1200 PD are the sensing results of the first light detection unit and the second light detection unit, respectively, 980 LED and 1200 LED are the light irradiated by the first light source and the second light source, respectively, and Bone Mineral Density is calculated is a value of bone density, k is a fixed coefficient for a reflection coefficient, and E may mean a reference voltage associated with the light supply unit.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템의 신호 변환부는 상술한 신호 처리 결과에 기초하여, 검사 대상체에 대한 영상(예를 들면, 골밀도 영상)을 생성할 수 있다. 또한, 신호 변환부는 집광된 광에 대응하는 신호 처리 결과에 기초하여 검사 대상체에 대한 골밀도를 산출할 수 있다. 여기서, 골밀도를 산출한다는 것은 검사 대상체를 이루는 각각의 영역에 대한 골밀도 정보를 수치화하는 것으로 이해될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present application, the signal converter of the near-infrared spectroscopy-based bone density measurement system may generate an image (eg, a bone density image) of the test subject based on the above-described signal processing result. Also, the signal converter may calculate the bone density of the test object based on a signal processing result corresponding to the focused light. Here, calculating the bone density may be understood as quantifying the bone density information for each region constituting the test object.

출력부는 산출된 골밀도 정보 및 생성된 영상 중 적어도 하나를 출력할 수 있다. 예를 들면, 출력부는 신호 처리 결과에 기초하여 생성된 골밀도 영상을 출력하되, 출력되는 골밀도 영상을 이루는 주요 지점에는 해당 지점의 수치화된 골밀도 값이 표시되는 것일 수 있다. 다른 예로, 출력부에 의해 출력되는 골밀도 영상 내의 소정 지점을 선택하는 사용자 입력(예를 들면, 터치스크린 유형의 출력부에 의해 표시된 영상 중 일부를 터치하는 터치 입력, 영상에 대한 소정의 좌표 값을 포함하는 좌표 입력 등)이 인가되면, 해당 지점에 대하여 수치화된 골밀도 정보가 나타나도록 영상이 출력될 수 있다.The output unit may output at least one of the calculated bone density information and the generated image. For example, the output unit may output a bone density image generated based on the signal processing result, and a quantified bone density value of the corresponding point may be displayed at main points constituting the output bone density image. As another example, a user input for selecting a predetermined point in the bone density image output by the output unit (eg, a touch input for touching a part of the image displayed by the touch screen type output unit, a predetermined coordinate value for the image Including coordinate input, etc.) is applied, an image may be output to display digitized bone density information for the corresponding point.

또한, 본원의 일 실시예에 따른 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템은 산출된 골밀도의 이상 유무를 판별하는 판단부(미도시)를 포함할 수 있다.In addition, the system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy according to an embodiment of the present application may include a determination unit (not shown) for determining whether there is an abnormality in the calculated bone density.

본원의 일 실시예에 따르면, 판단부는 신호 처리 결과에 기초하여 산출된 검사 대상체의 각각의 영역의 골밀도 정보를 미리 확보된 영역별 정상 골밀도 범주와 상호 비교하여 골밀도에 이상이 있는 것으로 판단되는 영역을 추출할 수 있다. 이와 관련하여, 출력부는 출력되는 영상 내에 골밀도에 이상이 있는 것으로 판단되는 영역을 강조되게 표시할 수 있다. 예를 들어, 강조 표시는 이상이 있는 것으로 판단된 영역의 색상, 명암, 선명도 등이 출력 영상의 다른 영역과 대비되도록 출력되는 것일 수 있으며, 이에 따라 검사자(의료진 등)가 골밀도에 이상이 있는 것으로 판단된 영역을 직관적으로 인식하도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the determination unit compares the bone density information of each area of the test subject calculated based on the signal processing result with the normal bone density category for each area secured in advance to determine the area determined to have an abnormality in bone density. can be extracted. In this regard, the output unit may highlight a region determined to have an abnormality in bone density in the output image. For example, the highlight mark may be output such that the color, contrast, sharpness, etc. of the region determined to have an abnormality are contrasted with other regions of the output image. It is possible to intuitively recognize the determined area.

본원의 일 실시예에 따르면, 전술한 영역별 정상 골밀도 범주는 검사 대상자의 성별, 연령 등의 인적 사항 정보, 질환 유무 정보, 병력 정보 등에 기초하여 설정되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present application, the above-described normal bone density category for each region may be set based on personal information such as gender and age of the test subject, disease presence information, medical history information, and the like.

또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 판단부는 신호 처리 결과에 기초하여 검사 대상체의 각 영역을 뼈조직 또는 연조직으로 분류할 수 있다. 이와 관련하여, 출력부는 검사 대상체에 대한 영상을 출력하되, 검사 대상체의 각 영역 중 뼈조직에 해당하는 영역과 연조직에 해당하는 영역은 구분되어 표시될 수 있다. 또한, 출력부에 의해 출력되는 영상에는 판단부의 판단 결과에 기초하여 뼈조직에 해당하는 영역 및 연조직에 해당하는 영역 각각에 대한 윤곽선(경계)이 표시되는 것일 수 있다.Also, according to an exemplary embodiment of the present disclosure, the determination unit may classify each region of the test object as bone tissue or soft tissue based on the signal processing result. In this regard, the output unit may output an image of the examination object, and a region corresponding to a bone tissue and a region corresponding to a soft tissue among each area of the examination object may be displayed separately. In addition, the image output by the output unit may display an outline (boundary) of each of the region corresponding to the bone tissue and the region corresponding to the soft tissue based on the determination result of the determining unit.

종래의 골밀도 검사 프로세스에 의하면, 검사 횟수가 많아지거나 검사 시간이 길어지면 그만큼 방사선에 대한 검사 대상자의 노출 위험이 높아져 지속적이고 반복적인 측정에 활용되기 어려웠으며, 방사선을 활용하지 않는 초음파 검사 방식은 음영의 발생으로 인하여 골밀도 측정에 적합하지 않은 한계가 있었다. 반면, 본원의 근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템은 인체에 무해한 근적외선 영역을 활용하기 때문에 위험성이 낮아 지속적인 측정이 가능하고, 상자의 검사 대상체에 대한 골밀도를 지속적, 반복적으로 측정할 수 있어 소정의 치료 전후의 효과를 용이하게 모니터링할 수 있는 이점이 있다.According to the conventional bone density examination process, as the number of examinations increases or the examination time increases, the risk of exposure of the subject to radiation increases accordingly, making it difficult to use it for continuous and repeated measurement. Due to the occurrence of bone density, there was a limit that was not suitable for measurement of bone density. On the other hand, the system for measuring bone density based on near-infrared spectroscopy of our company uses a near-infrared region that is harmless to the human body, so the risk is low and continuous measurement is possible. There is an advantage in that the effect before and after can be easily monitored.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.

--

Claims (1)

근적외선 분광분석법 기반의 골밀도 측정 시스템에 있어서,
근적외선 대역의 광원을 포함하고, 상기 광원을 검사 대상체에 조사하는 광 공급부;
상기 조사된 광원이 상기 대상체로부터 반사된 광을 집광하는 수광부;
상기 집광된 광에 기초하여 상기 검사 대상체에 대한 영상을 생성하고, 상기 검사 대상체의 골밀도를 산출하는 신호 변환부; 및
상기 골밀도 및 상기 영상 중 적어도 하나를 출력하는 출력부,
를 포함하는, 골밀도 측정 시스템.
In the near-infrared spectroscopy-based bone density measurement system,
a light supply unit including a light source in the near-infrared band and irradiating the light source to the object to be inspected;
a light receiving unit for condensing the light reflected from the object by the irradiated light source;
a signal converter for generating an image of the test subject based on the focused light and calculating a bone density of the test subject; and
an output unit for outputting at least one of the bone density and the image;
Including, bone density measurement system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024189475A1 (en) * 2023-03-10 2024-09-19 Trish I R&D Private Limited Bone density assessment

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