KR20220166526A - 근적외선을 이용한 스마트 혈관투영장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혈관투영장치에 관한 것으로서, 적외선 LED가 장착되어 사용자의 피부에 적외선을 조사하는 적외선 광원부와, 상기 적외선 광원부로부터 조사된 후 사용자의 피부에서 반사되는 광으로부터 영상을 촬영하는 카메라부와, 상기 카메라부로부터 수신된 적외선 영상을 신호 처리하고 처리된 영상을 디스플레이부에 송신하는 연산제어부와, 상기 연산제어부로부터 처리된 영상을 수신하여 사용자의 피부에 디스플레이하는 디스플레이부를 구비하며, 상기 적외선 광원부는 850 ~ 900 nm의 파장을 가지는 근적외선 광을 조사하고, 상기 카메라부와 상기 디스플레이부는 안경형상의 디스플레이 장치에 설치되어, 근적외선을 이용하여 혈관이 지나가는 경로를 시각화하여 의료진에 알려줄 수 있고 촬영된 혈관 영상을 따라 주사기가 삽입되는 경로와 각도를 계산하여 안전한 삽입경로를 유도할 수 있고, 또한, 이미지 센서로부터 획득한 혈관 영상으로부터 혈관의 두께와 형상을 계산하고 3D 영상으로 복원하고 이에 따른 주사바늘의 삽입 경로와 각도를 계산할 수 있다.

Description

근적외선을 이용한 스마트 혈관투영장치{SMART BLOOD-VESSEL PROJECTION APPARATUS USING NEAR-INFRARED}

본 발명은 혈관투영장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 근적외선을 이용하여 혈관이 지나가는 경로를 시각화하고 주사기가 삽입되는 경로와 각도를 계산하여 안전한 삽입경로를 유도할 수 있는 스마트 혈관투영장치에 관한 것이다.

일반적으로 채혈, 수혈, 투약 등 다양한 이유로 주사 바늘을 혈관에 삽입한다.

주사바늘 삽입을 필요로하는 채혈, 혈액투석, 정맥주사, 하지정맥류 치료, 카테터 삽입, 보톡스 시술 등 다양한 분야에서 혈관을 찾는 과정을 거치는데 피부 두께, 피부 색, 혈관 두께, 피하지방층 두께 등의 원인으로 육안식별이 어려운 경우가 종종 발생한다.

특히 소아나 노인의 경우 혈관이 가늘어 주사삽입시 더 많은 주의가 필요한 작업이 된다. 주사바늘 삽입에서 그동안 의료진의 해부학적 지식과 수많은 경험에 의존하여 시술하였으나 간간히 혈관이 아닌 곳을 찌르거나 혈관이 천공되는 실수를 저질러 고통을 수반하고 감염의 위험성이 높아지며 정맥손상, 혈종 등의 문제를 야기 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래 기술의 일 예로 적외선, 특히 근적외선을 이용하는 혈관 투영 장치가 제안되고 있다.

혈관 내부의 혈액에는 산화되지 않은 헤모글로빈 성분이 존재하는데, 헤모글로빈은 근적외선 파장대의 빛을 흡수하는 특성을 갖고 있다. 이러한 헤모글로빈의 광학적 특성을 이용하여, 환자의 피부 쪽으로 근적외선을 조사하고, 적외선 카메라로 이를 촬영하게 되면 피부에 비해 상대적으로 혈관이 어두운 밝기를 갖는 이미지를 얻게 된다.

그런데, 상기 혈관 투영장치는 혈관 이미지를 디스플레이를 통해 표시함으로써 실제 혈관 위치와 매칭되지 않는 단점이 있다.

따라서, 적외선 카메라에 의해 피부로부터 촬영된 이미지 내에서 추출한 혈관 이미지를 피부에 투사하여 정확한 혈관 위치 정보를 시술자에게 제공할 수 있는 혈관 투영장치가 요구되고 있다.

한국공개특허 10-2016-0035488호(혈관투영장치)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 근적외선을 이용하여 혈관이 지나가는 경로를 시각화하여 의료진에 알려줄 수 있고 촬영된 혈관 영상을 따라 주사기가 삽입되는 경로와 각도를 계산하여 안전한 삽입경로를 유도할 수 있는 스마트 혈관투영장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이미지 센서로부터 획득한 혈관 영상으로부터 혈관의 두께와 형상을 계산하고 3D 영상으로 복원하고 이에 따른 주사바늘의 삽입 경로와 각도를 계산할 수 있는 스마트 혈관투영장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치는, 적외선 LED가 장착되어 사용자의 피부에 적외선을 조사하는 적외선 광원부와, 상기 적외선 광원부로부터 조사된 후 사용자의 피부에서 반사되는 광으로부터 영상을 촬영하는 카메라부와, 상기 카메라부로부터 수신된 적외선 영상을 신호 처리하고 처리된 영상을 디스플레이부에 송신하는 연산제어부와, 상기 연산제어부로부터 처리된 영상을 수신하여 사용자의 피부에 디스플레이하는 디스플레이부를 구비하며, 상기 적외선 광원부는 850 ~ 900 nm의 파장을 가지는 근적외선 광을 조사하고, 상기 카메라부와 상기 디스플레이부는 안경형상의 디스플레이 장치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 적외선 광원부는 ㄱ자 형상으로 절곡되어 세워 설치되는 스탠드 형상의 적외선 광원장치에 설치되고, 상기 적외선 광원장치는 사용자의 피부에 삽입되는 주사바늘의 진입각도와 경로를 촬영하는 제 2 카메라부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 사용자의 신체에 부착되는 기준교정밴드를 더욱 구비하며, 상기 기준교정밴드는 복수의 기준 포인트가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연산제어부는 사용자의 거리와 각도에 따라 상기 카메라부에 의해 촬영되고 신호 처리된 영상 내의 혈관위치와 실제 혈관위치가 불일치하는 경우, 상기 영상 내의 기준포인트와 상기 기준교정밴드 내의 상기 기준포인트를 일치시켜서 교정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연산제어부는 상기 카메라부에서 획득한 영상으로부터 혈관의 모양과 두께를 연산하고, 상기 제 2 카메라로부터 획득한 영상으로부터 주사바늘의 진입각도를 연산하여, 사용자의 혈관의 3D 데이터를 추출하고 상기 주사바늘의 올바른 진입각도를 안내하는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치는 근적외선을 이용하여 혈관이 지나가는 경로를 시각화하여 의료진에 알려줄 수 있고 촬영된 혈관 영상을 따라 주사기가 삽입되는 경로와 각도를 계산하여 안전한 삽입경로를 유도할 수 있다.

또한, 이미지 센서로부터 획득한 혈관 영상으로부터 혈관의 두께와 형상을 계산하고 3D 영상으로 복원하고 이에 따른 주사바늘의 삽입 경로와 각도를 계산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치의 일예를 나타내는 도면이다.
도 3은 적외선 파장 대비 투과율을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 스마트 혈관투영장치의 기준교정밴드를 나타내는 도면이다.
도 5는 주사바늘의 진입각도를 안내하는 것을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한

본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치는, 적외선 광원부(10)와, 카메라부(20)와, 디스플레이부(30)와, 연산제어부(40)와, 기준교정밴드(60)를 포함하여 구성된다.

상기 적외선 광원부(10)는 복수의 적외선 LED가 장착되어 사용자의 피부에 적외선을 조사하도록 구성된다.

본 실시예에서, 상기 적외선 광원부(10)는, 예를 들면 850 ~ 900 nm의 파장을 가지는 근적외선 광을 조사하는 것이 바람직하다.

700 ~ 1,000 nm 파장을 가지는 근적외선은 일반 가시광선에 비해 파장이 길기 때문에 피부로부터 약10mm 깊이 까지 투과할 수 있으며, 투과된 빛은 피부 아래 수mm 내에 위치하는 정맥까지 충분히 도달할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 적외선 광원부는 850 ~ 900 nm 영역을 사용하는데, 도 3에 나타낸 바와 같이, 투과된 빛이 혈관의 헤모글로빈에 흡수되어 빛의 명암차가 가장 확실히 나타나는 대역이며, 700 ~ 850 nm 대역은 발색단(Chromophore)의 흡수가 적어 선명한 영상을 얻을 수 없고 900 ~ 1,300nm 대역은 물이 빛을 흡수하는 양이 증가하기 시작하여 1,300nm 이상에서는 수분이 모든 빛을 흡수하게 된다. 따라서 본 실시예에서 사용한 근적외선은 혈관의 흡관도가 좋아 혈관과 그 주변 조직 간의 대비가 커서 가장 선명한 혈관 영상을 획득할 수 있는 850 nm ~ 900 nm 사이의 파장을 가지는 적외선 LED를 광원으로 사용한다.

상기 카메라부(20)는 상기 적외선 광원부(10)로부터 조사된 후 사용자의 피부에서 반사되는 광으로부터 영상을 촬영한다.

일반적인 혈관투영기는 반사형과 투과형으로 나누어지는데, 투과형은 카메라 렌즈와 적외선 광원 사이에 측정 대상물이 놓이는 상태로 영상을 획득하는 방식으로 보다 선명한 영상을 획득할 수 있지만 일정 두께이상의 대상물은 두과할 수 없음으로 사용에 제약을 받는 단점이 있으므로, 본 실시예에서는 반사된 빛으로부터 영상을 획득하는 방식으로서 대상물의 두께에 상관없이 간단히 사용할 수 있는 반사형으로 구성하고, 상기 카메라부는 적외선 광원이 측정 대상물을 향해 빛을 조사하고 반사된 빛이 카메라 랜즈를 통해 영상을 획득하도록 구성된다.

상기 디스플레이부(30)는 상기 카메라부(20)에 의해 촬영되고, 상기 연산제어부로부터 처리된 영상을 수신하여 사용자의 피부에 디스플레이하도록 구성된다.

본 실시예에서, 상기 카메라부(20)와 상기 디스플레이부(30)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 안경형상의 디스플레이 장치(50)에 함께 설치되도록 구성할 수 있다.

상기 카메라부(20)는 상기 디스플레이 장치(50)의 안경형태의 양 렌즈 사이 또는 안경렌즈 양 끝단에 장착되도록 구성할 수 있고, 상기 디스플레이부(30)는 상기 디스플레이장치(50)의 안경 렌즈로 구성하여, 획득한 영상은 상기 디스플레이 장치(50)의 안경의 렌즈에 반투명한 형태로 디스플레이되도록 구성할 수 있다.

상술한 바와 같은 안경 형태의 상기 디스플에이 장치(50)에 상기 카메라부와 상기 디스플레이부를 설치함으로써, 종래의 혈관투영장치에서 프로젝션에서 나오는 빛을 가릴 경우 그림자가 생기는 문제점이나, 혈관투영기를 다른 사람이 잡아주거나 또는 혈관투영기로 찾은 혈관을 미리 펜으로 표시한 후 주사하거나 거치대에 기기를 거치하고 사용해야 하는 등의 불편함을 해소하고, 안경 형태의 스마트 글라스를 사용하여 영상을 획득하고 안경상에 디스플레이함으로써 사용자의 인식성이 좋아지고 1회 촬영으로도 혈관영상을 가지고 맵핑할 수 있음으로 지속적인 영상획득이 필요없어 주사시 카메라를 가림으로서 나타나는 영상가림 현상을 격지 않아도 된다.

한편, 상기 적외선 광원부(10)는 스탠드 형상의 적외선 광원장치(11)에 설치될 수 있다.

상기 적외선 광원장치(11)는 상부 끝단이 ㄱ자 형상으로 절곡되어 세워 설치되고, 절곡된 부분의 저면에는 복수의 적외선 LED가 설치되어 하향으로 적외선 광을 조사하도록 구성된다.

상기 적외선 광원장치(11)는 제 2 카메라부(21)를 더욱 구비할 수 있다. 상기 제 2 카메라부(21)는 사용자의 피부에 삽입되는 주사바늘의 진입각도와 경로를 촬영하여, 촬영한 영상을 상기 연산제어부(40)로 송신하도록 구성된다.

상기 연산제어부(40)는 상기 적외선 광원부(10)을 제어하여 적외선 광을 조사하도록 제어하고, 상기 카메라부(20)로부터 수신된 적외선 영상을 신호 처리한다. 또한, 상기 연산제어부(40)는 처리된 영상을 상기 디스플레이부에 송신하도록 구성된다.

한편, 본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치(1)는 기준교정밴드(60)를 더욱 구비할 수 있다.

상기 기준교정밴드(60)는, 예를 들면 밴드 형태로 형성되어 사용자의 팔이나 손목 등 혈관을 투영하고자 하는 사용자의 신체에 부착되도록 구성된다.

상기 기준교정밴드(60)에는, 복수의 기준 포인트(61)가 시각적으로 식별가능하도록 형성된다. 본 실시예에서 상기 기준 포인트(61)는, 예를 들면 2개소에 형성된다.

상기 기준교정밴드(60)를 구비함으로써, 도 4에 나타낸 바와 같이, 사용자의 거리와 각도에 따라 상기 카메라부에 의해 촬영되고 신호 처리된 영상 내의 혈관위치와 실제 혈관위치가 불일치하는 경우, 상기 영상 내의 기준포인트와 상기 기준교정밴드 내의 상기 기준포인트를 일치시켜서 교정할 수 있다.

즉, 2개의 기준 포인트는 안경시현 장치에 비추어질 때 거리와 사용자의 바라보는 각도 등에 따라 실제 혈관위치와 일치하지 않을 수 있기 때문에, 실제 상기 기준교정밴드의 기준포인트와 영상에 찍힌 기준포인트를 일치시켜 실제의 혈관위치와 크기 같도록 교정(Calibration) 하기 위한 장치이다. 교정과정은 획득한 영상을 상하좌우, 확대, 축도, 회전 등을 시켜 영상의 기준포인트와 실제의 기준포인트를 일치시키는 과정이고 이는 사용자가 어떤 위치에서 처다보더라도 자동으로 실제 혈관위치를 표시하도록 한다.

한편, 본 발명에 의한 스마트 혈관투영장치(1)는 이미지 센서로부터 획득한 혈관 영상으로부터 혈관의 두께와 형상을 계산하고 3D 영상으로 복원하고 이에 따른 주사바늘의 삽입 경로와 각도를 계산할 수 있다.

상기 연산제어부는 상기 카메라부에서 획득한 영상으로부터 혈관의 모양과 두께를 연산하고, 상기 제 2 카메라로부터 획득한 영상으로부터 주사바늘의 진입각도를 연산하여, 사용자의 혈관의 3D 데이터를 추출하고 상기 주사바늘의 올바른 진입각도를 안내한다.

혈관투영기로 얻어진 영상은 2D 영상으로 획득된 영상에서 취득할 수 있는 데이터는 혈관의 모양과 두께 정도를 알 수 있다. 얻어진 데이터를 바탕으로 혈관의 지름을 계산 할 수 있고 계산된 지름에 따라 주사기의 진입 각도를 계산 할 수 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 2D에서 얻어진 혈관의 폭에 대한 데이터를 통해 혈관의 직경을 계산하고 계산된 직경데이터를 확장하면 우측의 그림처러 혈관의 측면에서 바라본 모양으로 나타낼 수 있고, 상기 제 2 카메라부를 통해 진입하는 주사바늘의 각도와 방향을 계산하고 환자의 위험 유무를 알려주고 바른 진입각도(θ)를 유지하는데 이용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 스마트 혈관투영장치
10 : 적외선 광원부
20 : 카메라부
30 : 디스플레이부
40 : 연산제어부
50 : 디스플레이장치
60 : 기준교정밴드

Claims (5)

1. 적외선 LED가 장착되어 사용자의 피부에 적외선을 조사하는 적외선 광원부와,
   상기 적외선 광원부로부터 조사된 후 사용자의 피부에서 반사되는 광으로부터 영상을 촬영하는 카메라부와,
   상기 카메라부로부터 수신된 적외선 영상을 신호 처리하고 처리된 영상을 디스플레이부에 송신하는 연산제어부와,
   상기 연산제어부로부터 처리된 영상을 수신하여 사용자의 피부에 디스플레이하는 디스플레이부를 구비하며,
   상기 적외선 광원부는 850 ~ 900 nm의 파장을 가지는 근적외선 광을 조사하고,
   상기 카메라부와 상기 디스플레이부는 안경형상의 디스플레이 장치에 설치되는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 스마트 혈관투영장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적외선 광원부는 ㄱ자 형상으로 절곡되어 세워 설치되는 스탠드 형상의 적외선 광원장치에 설치되고,
   상기 적외선 광원장치는 사용자의 피부에 삽입되는 주사바늘의 진입각도와 경로를 촬영하는 제 2 카메라부를 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 스마트 혈관투영장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   사용자의 신체에 부착되는 기준교정밴드를 더욱 구비하며,
   상기 기준교정밴드는 복수의 기준 포인트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 스마트 혈관투영장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 연산제어부는, 사용자의 거리와 각도에 따라, 상기 카메라부에 의해 촬영되고 신호 처리된 영상 내의 혈관위치와 실제 혈관위치가 불일치하는 경우, 상기 영상 내의 기준포인트와 상기 기준교정밴드 내의 상기 기준포인트를 일치시켜서 교정하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 스마트 혈관투영장치.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 연산제어부는,
   상기 카메라부에서 획득한 영상으로부터 혈관의 모양과 두께를 연산하고,
   상기 제 2 카메라로부터 획득한 영상으로부터 주사바늘의 진입각도를 연산하여,
   사용자의 혈관의 3D 데이터를 추출하고 상기 주사바늘의 올바른 진입각도를 안내하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 스마트 혈관투영장치.
   
   
   

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