WO2018030644A1 - 헤모다이나믹스 측정 결과를 표준화하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

헤모다이나믹스 측정 결과를 표준화하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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monitoring device
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배현민
황건필
최민규
최종관
김재명
지민수
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한국과학기술원
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    • A61B5/02028—Determining haemodynamic parameters not otherwise provided for, e.g. cardiac contractility or left ventricular ejection fraction

Definitions

  • the present invention relates to a method, system and non-transitory computer readable recording medium for standardizing the results of a hemodynamic measurement, and more particularly, to a method, system and a method for standardizing the results measured in a device for monitoring hemodynamics.
  • a non-transitory computer readable recording medium is
  • NIRS Near InfraRed Spectroscopy
  • a near-infrared spectrum with a wavelength range of about 630 nm to 1300 nm is transmitted from the skull to the human It can reach a depth of about 1 cm to 3 cm, by irradiating this near-infrared light to a person's head and detecting the near-infrared light reflected or scattered therefrom, such as hemodynamics (e.g., blood oxygen ( That is, changes in the concentration of hemoglobin), etc.) can be monitored.
  • hemodynamics e.g., blood oxygen ( That is, changes in the concentration of hemoglobin), etc.
  • a near-infrared irradiation module or near-infrared detection module is arranged at various intervals in various parts of the human head, and signals about hemodynamics obtained from the optical sensor (eg For example, by analyzing optical density (OD) signals based on near infrared spectroscopy, it is possible to quantify neural activity in the human brain (especially the cortex).
  • OD optical density
  • a monitoring device in the form of a headset is configured, which is configured to be worn so that optical sensors can be adjacent to a human head.
  • the external shape of the head surrounding the brain may be different for each person (the subject) wearing the headset-type monitoring device, and thus the monitoring device may be mounted in different forms according to the subject.
  • the degree of inclination of the monitoring device from the front of the head to the rear when wearing the monitoring device may vary, and thus the relative position of the optical sensor mounted to the monitoring device may also vary.
  • the head ie, the shape and position of brain tissue, may vary from person to person.
  • the tissues of the brain where near-infrared rays are irradiated and reflected or scattered through each optical sensor may be different depending on the subject, so that measurements from different subjects may be performed using the same monitoring device.
  • the problem is that the results can't be compared and evaluated. Further, there are restrictions on accumulating and utilizing the results obtained through monitoring devices.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem.
  • the present invention can compare the measurement results for different subjects and accumulate data by mapping the result measured through the photogrammetry in the device wearing state when the subject wears the monitoring device to the standard coordinate system It is an object of the present invention to provide a method, a system and a non-transitory computer readable recording medium for standardizing the results of hemodynamic measurements.
  • a method for standardizing measurement results in a device for monitoring hemodynamics comprising: taking an image of a subject wearing a monitoring device; And converting the local coordinate system in the preset monitoring device into a photogrammetric coordinate system, and converting the photogrammetric coordinate system into a standard coordinate system based on the standard space.
  • a system for standardizing measurement results in a device for monitoring hemodynamics comprising: an image management unit for receiving and analyzing an image of a subject wearing a monitoring device; In order to map the measurement results on the device to a standard coordinate system based on the standard space, the local coordinate system of the monitoring device is converted into a photogrammetric coordinate system based on the image analyzed by the image management unit, and the converted photogrammetric coordinate system is converted again.
  • a system including a coordinate management unit for converting to a standard coordinate system is provided.
  • non-transitory computer readable recording medium for recording another method, system, and computer program for executing the method for implementing the present invention.
  • the subject can map the data measured by the monitoring device to a standard coordinate system based on the standard space using an image wearing the monitoring device to normalize the result. Therefore, the results measured from different subjects can be directly compared on a standard coordinate system, so that the measurement results can be easily evaluated, and by accumulating hemodynamic monitoring results, the data can be used later for big data analysis.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an external configuration of a monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of a monitoring system according to an embodiment of the present invention by way of example.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process of standardizing a result measured from a monitoring device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram exemplarily illustrating a local coordinate system in a monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a local coordinate system and a photogrammetric coordinate system of a monitoring device in an image photographing the front and side surfaces of a subject wearing the monitoring device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram exemplarily illustrating a process of converting a photogrammetric coordinate system into a standard coordinate system according to an embodiment of the present invention.
  • control unit 260 control unit
  • hemodynamics that are subject to monitoring performed by the monitoring device and the monitoring system include constituents in the blood (eg, oxy hemoglobin concentration, deoxy hemoglobin concentration, blood oxygen saturation, etc.), blood flow rate. Blood volume, and the like.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an external configuration of a monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • the monitoring device 100 may be worn on a body part (eg, a head part, etc.) of a subject (see FIG. 1B), It can perform a function of measuring a predetermined signal from a measurer, and by monitoring or analyzing the signal being measured, it performs a function of monitoring activity (for example, neural activity occurring in the brain, etc.) in the body part of the subject. can do.
  • a body part eg, a head part, etc.
  • monitoring activity for example, neural activity occurring in the brain, etc.
  • the monitoring device 100 irradiates near infrared rays to the head portion of the subject, and reflects or scatters near infrared rays from the head portion of the subject (more specifically, cerebral vein blood). It may include a plurality of optical sensors 110 to perform a function for detecting (see (a) of Figure 1).
  • the signal measured by the plurality of optical sensors 110 included in the monitoring device 100 according to an embodiment of the present invention may be an optical density (OD) signal based on near infrared spectroscopy.
  • the monitoring system in the present invention corresponds to a system for standardizing the measurement results in the monitoring device, and through this specification a system for normalizing the measurement results in the device for monitoring the hemodynamics or hemodynamic measurement results It is used in the same sense as the system for standardization.
  • the monitoring system 200 may include a device manager 210, an image manager 220, The coordinate manager 230, the database 240, the communicator 250, and the controller 260 may be included.
  • the device manager 210, the image manager 220, the coordinate manager 230, the database 240, the communicator 250, and the controller 260 may be external systems (not shown). May be program modules in communication with Such program modules may be included in the monitoring system 200 in the form of operating systems, application modules, and other program modules, and may be physically stored on various known storage devices.
  • program modules may be stored in a remote storage device that can communicate with the monitoring system 200.
  • program modules include, but are not limited to, routines, subroutines, programs, objects, components, data structures, etc. that perform particular tasks or execute particular abstract data types, described below, in accordance with the present invention.
  • monitoring that is a portable device that at least some of the components or functions of the monitoring system 200 is worn on the body part of the subject as needed It will be apparent to those skilled in the art that the device 100 may be implemented within or included within the monitoring device 100.
  • the device manager 210 irradiates near-infrared rays to the body part (eg, the head part) of the subject by the plurality of light sensors 110 included in the monitoring device 100.
  • the monitoring device 100 may be managed to detect near infrared rays reflected or scattered from the body part of the measurer.
  • the device manager 210 according to an embodiment of the present invention may manage other functions or components of the monitoring device 100 required to perform monitoring on the hemodynamics of the subject.
  • the image manager 220 may perform a function of managing an image captured by the subject wearing the monitoring device 100.
  • the image manager 220 receives and analyzes the front image and the side image of the subject wearing the monitoring device 100 on their head, and analyzes the result of the measurement in the monitoring device 100 in a standard space, for example, standard.
  • data for transforming a coordinate system may be calculated from an image of a subject.
  • the image photographing the subject wearing the monitoring device means a photograph, but the present invention is not limited thereto. That is, in the present embodiment, the image photographed by the subject may be any form that shows the appearance of the subject regardless of its type and extracts still images, and includes not only the photograph but also other images such as a video.
  • the coordinate manager 230 may perform a function of converting a local coordinate in the monitoring device 100 into a standard coordinate system in order to standardize the measurement result.
  • the coordinate manager 230 first converts the local coordinate system of the monitoring device 100 to photogrammetry coordinates based on the data calculated by the image manager 220, and then advances the photogrammetry coordinate system.
  • a function of converting to a predetermined standard coordinate system may be performed through the transformation matrix defined in FIG. That is, according to the present exemplary embodiment, the coordinate manager 230 may convert the local coordinate system in the monitoring device 100 into a standard coordinate system through two steps of conversion based on the image of the subject wearing the monitoring device 100. Can be.
  • the MNI coordinate system may be used as a standard coordinate system for standardizing and displaying a measurement result when the monitoring device is worn on the head.
  • the MNI coordinate system is a coordinate system based on a standard brain developed by the Montreal Neurological Institute. By using such a standard coordinate system, the results obtained from subjects having anatomical structures of different brains are equal to each other.
  • the MNI coordinate system is illustrated as a standard coordinate system, but the present invention is not limited thereto.
  • the anatomical structure of the brain such as the Talairach coordinate system, may be compared. It is also possible to use other standard coordinate systems that can represent the structure in a standardized form, or to use a standard coordinate system appropriate for the subject when measuring the body parts other than the brain.
  • basic information for transforming a coordinate system may be stored.
  • information about a predefined local coordinate system may be stored in the monitoring device 100, and information such as a transformation matrix may be stored to convert from the photogrammetric coordinate system to the standard coordinate system.
  • the image of the subject to be used for the coordinate system transformation and information on the image for example, the position of the reference point to be described later, the distance between them, and the like may be calculated in advance and stored.
  • the database 240 is shown as being included in the monitoring system 200, but may be configured separately from the monitoring system 200, according to the needs of those skilled in the art of the present invention.
  • the database 240 in the present invention is a concept that includes a computer-readable recording medium, and may be a broad database including not only a negotiated database but also a data system based on a file system, and the like. Even if the data can be extracted by searching it may be the database 240 in the present invention.
  • the communication unit 250 performs a function to enable the monitoring system 200 to communicate with an external device.
  • the controller 260 controls the flow of data between the device manager 210, the image manager 220, the coordinate manager 230, the database 240, and the communicator 250. Perform the function. That is, the controller 260 controls the flow of data from the outside or between each component of the monitoring system 200, thereby controlling the device manager 210, the image manager 220, the coordinate manager 230, and the database 240. And control unit 250 to perform a unique function.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process of standardizing a result measured from a monitoring device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the position of the optical sensor of the monitoring device is converted to the position in the standard coordinate system in two steps.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a local coordinate system in a monitoring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • an orthogonal coordinate system having a point at the center of the monitoring device as an origin may be used to determine each position on the monitoring device. It can be displayed in local coordinate system.
  • the left view of FIG. 3 shows the positions of the plurality of optical sensors in the local coordinate system of the monitoring device thus set, and thus, the positions of the plurality of optical sensors of the monitoring device may be assigned as coordinates on the local coordinate system. .
  • the local coordinate system and the coordinates of each optical sensor in the monitoring device may utilize a preset value for each monitoring device, and this information may be stored in advance in the database 240 of the monitoring system 200 described above. That is, in the present invention, the setting of the local coordinate system in the monitoring device may be performed when the monitoring device includes coordinate system information as it is beforehand and before or after obtaining the image of the subject wearing the monitoring device. This includes all cases of setting up a local coordinate system separately in the process of processing a result.
  • the local coordinate system in the monitoring device according to the present invention is sufficient as long as it can indicate a relationship between arbitrary points on the monitoring device, and is not limited by the formal name or form of the coordinate system.
  • an image obtained by photographing a subject wearing the monitoring device on a body part is obtained, and the local coordinate system of the monitoring device is converted into a photogrammetric coordinate system by using the same. See center drawing).
  • the image of the subject may be acquired through a camera mounted on a general digital camera, a tablet, a smartphone, or the like, and any type of device capable of obtaining an image of the subject may be used.
  • FIG. 5 is a view illustrating a relationship between a local coordinate system and a photogrammetric coordinate system of a monitoring device in a photograph of the front and side surfaces of a subject wearing the monitoring device on a body part (eg, a head part) according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the relationship between the local coordinate system and the photogrammetric coordinate system of the monitoring device may be converted into the photogrammetric coordinate system through the front and side pictures of the subject.
  • a NAS of a subject may be set as the origin of a photogrammetric coordinate system in the front photograph of the subject.
  • the NAS is one of the reference points of the MNI coordinate system, and in this embodiment, the NAS proceeds to survey where each point of the monitoring device is located.
  • the photogrammetric coordinate system is transformed through parallel movement (ie, parallel movement in the y-axis and z-axis directions) and rotational movement (ie, rotational movement about the x-axis) in the local coordinate system, for example.
  • parallel movement ie, parallel movement in the y-axis and z-axis directions
  • rotational movement ie, rotational movement about the x-axis
  • the front and side photographs of the subject provide a transformation matrix for linear affine transformation of the parallel and rotational movements of the coordinate system.
  • the origin NAS of the photogrammetric coordinate system and the origin C 0 of the local coordinate system of the monitoring device lie in a straight line in the vertical direction (z-axis direction).
  • the z-axis component of the vector from the origin NAS of the survey coordinate system to the origin C 0 of the local coordinate system can be calculated.
  • the calculation of the z-axis component calculates the distance per pixel by obtaining the number of pixels between two reference points (C f1 , C f2 ), which previously calculated the actual distance on the front picture, and calculates the distance between the NAS and C along the z-axis direction on the picture.
  • the actual distance may be measured by obtaining the number of pixels between 0 and multiplying the number of pixels between the pixels by using the reference point. This is expressed as an equation.
  • Is the unit vector in the z-axis direction Is the number of pixels between C 0 on the NAS as measured along the z-axis, Is the distance between two reference points (C f1 , C f2 ) located along the x-axis in the local coordinate system, Denotes the number of pixels between two reference points C f1 and C f2 measured along the x-axis direction, and the distance between the two reference points may be calculated in advance and stored in the database 240.
  • the calculation of the y-axis component calculates the distance per pixel by obtaining the number of pixels between two reference points C s 1 and C s 2 which know the actual distance on the side photograph, and calculates the distance per pixel along the y-axis direction on the photograph.
  • the actual distance may be measured by obtaining the number of pixels between zero and multiplying the number of pixels between 0 and the distance per pixel calculated using the reference point. This is expressed as an equation.
  • Is the unit vector in the y-axis direction Is the number of pixels between C 0 on the NAS as measured along the y-axis, Is the distance between two reference coordinates (C s1 , C s2 ) in the local coordinate system, Denotes the number of pixels between two reference points C s 1 and C s 2 .
  • the angle which rotated the local coordinate system of a monitoring device about an x-axis can be computed from the side photograph of a subject.
  • the angle at which the coordinate system is rotated about the x-axis is a straight line connecting the NAS with the right pre-auricular point (RPA) and two reference points (C s1 , C). It can be obtained by measuring the angle between the straight lines connecting s2 ).
  • a straight line connecting the reference point C ' s1 and the reference point C s2 before wearing the monitoring device and the straight line l 1 is to obtain the angle ( ⁇ 0) forms, after wearing the monitoring device reference point C s1 (i.e., C 's1 rotation movement one point) and the straight line connecting the reference point C s2 (straight line l 2) and By obtaining the angle ⁇ yz formed by the straight line l 1, it is possible to calculate the angle ⁇ tilt of the rotation of the coordinate system with respect to the x axis. This is expressed as an equation.
  • the angle ⁇ 0 between the straight line connecting the reference point C ' s1 and the reference point C s2 and the straight line l 1 of the monitoring device may be calculated in advance and stored in the database 240.
  • the coordinates (X NIRSIT ) in the local coordinate system of the monitoring device are obtained by using the above-described parallel movement components (y 0 , z 0 ) in the y-axis and z-axis directions and the rotational movement component ( ⁇ tilt ) based on the x-axis.
  • the conversion of from to coordinates (X photo -p ) in the photogrammetric coordinate system can be expressed as follows.
  • the conversion matrix to the photogrammetric coordinate system is obtained by using the front picture and the side picture (right picture) of the subject wearing the monitoring device, but the present invention is not limited thereto. It is also possible to use more than one picture taken. However, even in this case, using two orthogonal pictures may increase the accuracy of the coordinate transformation.
  • the origin is not limited to the non-proximity point (NAS), but the right pre-auricular point (RPA) and one of the left preliminary point (Left Pre), which are one of the reference points used in the MRI.
  • NAS non-proximity point
  • RPA right pre-auricular point
  • Left Pre left preliminary point
  • LPA -Auricular point
  • LPA may be used as the reference point as another reference point, or it may be an arbitrary point on the Ulgle among the images of the subject.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a process of converting a photogrammetric coordinate system into a standard coordinate system according to an embodiment of the present invention.
  • the photogrammetric coordinate system may be converted into a standard coordinate system through an affine transformation. Can be converted to MNI coordinate system. If this is expressed as an equation, it can be expressed as follows.
  • an affine transformation matrix (M AT, ave ) for converting a photogrammetric coordinate system into a standard coordinate system may be obtained in advance through MRI scans of other subjects, which are previously stored in the database 240 of the monitoring system 200. It may be stored.
  • the data measured by the monitoring device is mapped to a standard coordinate system based on a standard space, for example, a standard brain, using an image of a subject wearing the monitoring device. You can do it. Therefore, the results measured from different subjects can be directly compared on a standard coordinate system, so that the evaluation of the measurement results can be easily performed. In addition, the results obtained through monitoring devices can be standardized so that these results can be accumulated for later use in big data analysis.
  • the body part to be monitored is the head part (ie, the brain)
  • the body part to be monitored according to the present invention is not necessarily limited thereto, and is based on hemodynamics. It will be appreciated that other body parts that can be monitored can be assumed as subjects of monitoring according to the invention.
  • Embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of program instructions that may be executed by various computer components, and may be recorded on a non-transitory computer readable recording medium.
  • the non-transitory computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the non-transitory computer readable recording medium may be those specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the computer software arts.
  • non-transitory computer readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs, DVDs, magnetic-optical media such as floppy disks ( magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the process according to the invention, and vice versa.

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Abstract

본 발명은 헤모다이나믹스(hemodynamics) 측정 결과를 표준화하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능하 기록 매체에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 헤모다이나믹스(hemodynamics)를 모니터링하기 위한 디바이스에서의 측정 결과를 표준화하기 위한 방법으로서, 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자의 영상을 촬영하는 단계, 촬영된 영상에서 사진 측량 좌표계를 정의하고 미리 설정된 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계를 사진 측량 좌표계로 변환하는 단계, 사진 측량 좌표계를 표준 공간을 기준으로 하는 표준 좌표계로 변환하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

Description

헤모다이나믹스 측정 결과를 표준화하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
본 발명은 헤모다이나믹스 측정 결과를 표준화하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헤모다이나믹스를 모니터링하기 위한 디바이스에서 측정한 결과를 표준화하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
근적외선 분광법(NIRS; Near InfraRed Spectroscopy)은 사람의 신체 부위(예를 들면, 뇌 등)에서 발생하는 활동에 의한 헤모다이나믹스(hemodynamics)(예를 들면, 산화 헤모글로빈과 비산화 헤모글로빈의 농도) 변화에 따라 달라지는 근적외선의 감쇠 정도(산화 헤모글로빈 또는 비산화 헤모글로빈에 의한 산란 및 흡수에 기인한 것임)를 측정함으로써 해당 신체 부위의 활동을 간접적으로 분석하는 방법이다. 뇌에서 발생하는 신경 활동에 헤모다이나믹스 변화를 모니터링하는 경우를 예로 들어 보다 구체적으로 설명하면, 약 630 nm 내지 1300 nm의 파장 범위를 가진 근적외선(near-infrared spectrum)은 사람의 두개골을 투과하여 두개골로부터 약 1 cm 내지 3 cm 깊이까지 도달할 수 있는데, 이러한 근적외선을 사람의 머리 부위에 조사하고 그로부터 반사 또는 산란되는 근적외선을 감지함으로써, 그 사람의 대뇌 피질에서 일어나는 헤모다이나믹스(예를 들면, 혈중 산소(즉, 산화 헤모글로빈)의 농도 등) 변화를 모니터링할 수 있다.
근래에 소개된 근적외선 분광법에 따르면, 광 센서(optode)라고 하는 근적외선 조사 모듈 또는 근적외선 감지 모듈을 사람의 머리의 여러 부위에 소정의 간격으로 배치하고, 광 센서로부터 획득되는 헤모다이나믹스에 관한 신호(예를 들면, 근적외선 분광법에 기초한 광학 밀도(OD; Optical Density) 신호)를 분석함으로써 사람의 뇌(특히, 피질)에서 신경 활동을 정량화할 수 있게 된다.
근적외선 분광법을 이용하여 뇌 활동에 의한 헤모다이나믹스 변화를 모니터링하는 디바이스로서, 광 센서들이 사람의 머리에 인접할 수 있도록 착용할 수 있게 구성된 헤드셋 형태의 모니터링 디바이스가 알려져 있다.
한편, 헤드셋 형태의 모니터링 디바이스를 착용하는 사람(피측정자)마다 뇌를 감싸는 머리의 외부 형상, 즉 두상이 다를 수 있고, 따라서 피측정자에 따라 모니터링 디바이스가 각기 다른 형태로 장착될 수 있다. 예를 들어, 모니터링 디바이스를 착용할 때 머리의 전방에서 후방으로 모니터링 디바이스가 기울어지는 정도가 달라질 수 있고, 이에 따라 모니터링 디바이스에 장착된 광 센서의 상대적인 위치도 달라질 수 있다.
또한, 사람마다 두상뿐만 아니라 그 해부학적 구조, 즉 뇌 조직의 형상 및 위치 등이 다를 수 있다.
이러한 이유로 동일한 모니터링 디바이스를 사용하는 경우에도 피측정자에 따라 각각의 광 센서를 통해 근적외선이 조사되고 반사 또는 산란되는 뇌의 조직이 상이할 수 있고, 따라서 동일한 모니터링 디바이스를 사용하더라도 서로 다른 피측정자로부터 측정된 결과를 상호 비교하고 평가할 수 없다는 문제가 있다. 나아가 모니터링 디바이스를 통해 얻은 결과를 축적하여 활용하는 데에도 제약이 따르게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피측정자가 모니터링 디바이스를 착용할 때 디바이스 착용 상태에서의 사진 측량을 통하여 측정된 결과를 표준 좌표계로 매핑함으로써 서로 다른 피측정자에 대한 측정 결과를 비교하고 데이터를 축적하여 활용할 수 있는, 헤모다이나믹스 측정 결과를 표준화하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 헤모다이나믹스(hemodynamics)를 모니터링하기 위한 디바이스에서의 측정 결과를 표준화하기 위한 방법으로서, 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자의 영상을 촬영하는 단계, 촬영된 영상에서 사진 측량 좌표계를 정의하고 미리 설정된 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계를 사진 측량 좌표계로 변환하는 단계, 사진 측량 좌표계를 표준 공간을 기준으로 하는 표준 좌표계로 변환하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 헤모다이나믹스(hemodynamics)를 모니터링하기 위한 디바이스에서의 측정 결과를 표준화하기 위한 시스템으로서, 피측정자가 모니터링 디바이스를 착용한 상태의 영상을 수신하고 분석하는 영상 관리부와, 모니터링 디바이스에서의 측정 결과를 표준 공간을 기준으로 하는 표준 좌표계로 매핑하기 위하여, 영상 관리부에서 분석한 영상을 기초로 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계를 사진 측량 좌표계로 변환하고, 변환된 상기 사진 측량 좌표계를 다시 표준 좌표계로 변환하는 좌표 관리부를 포함하는 시스템이 제공된다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하기 위한 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 피측정자가 모니터링 디바이스를 착용한 영상을 이용하여 모니터링 디바이스에서 측정한 데이터를 표준 공간을 기준으로 하는 표준 좌표계로 매핑하여 결과를 표준화할 수 있게 된다. 따라서, 서로 다른 피측정자로부터 측정된 결과를 표준 좌표계 상에서 직접 비교할 수 있어 측정 결과를 용이하게 평가할 수 있게 되며, 또한 헤모다이나믹스 모니터링 결과를 축적함으로써 추후 빅 데이터 분석에 활용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 디바이스의 외부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템의 내부 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 모니터링 디바이스로부터 측정한 결과를 표준화하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자의 정면과 측면을 촬영한 영상에서 모니터링 디바이스의 국소 좌표계와 사진 측량 좌표계의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 사진 측량 좌표계에서 표준 좌표계로 변환하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
100: 모니터링 디바이스
110: 광 센서
200: 모니터링 시스템
210: 디바이스 관리부
220: 영상 관리부
230: 좌표 관리부
240: 데이터베이스
250: 통신부
260: 제어부
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서에서, 모니터링 디바이스 및 모니터링 시스템에 의하여 수행되는 모니터링의 대상이 되는 헤모다이나믹스(hemodynamics)에는, 혈액 내 구성 성분(예를 들면, 옥시 헤모글로빈 농도, 디옥시 헤모글로빈 농도, 혈중 산소 포화도 등), 혈류량, 혈액량 등이 포함될 수 있다.
모니터링 디바이스의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 디바이스의 외부 구성을 개략적으로 나타내는 도 면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 디바이스(100)는 피측정자의 신체 부위(예를 들면, 머리 부위 등)에 착용될 수 있고(도 1의 (b) 참조), 피측정자로부터 소정의 신호를 측정하는 기능을 수행할 수 있으며, 그 측정되는 신호를 처리 또는 분석함으로써 피측정자의 해당 신체 부위에서 활동(예를 들어, 뇌에서 일어나는 신경 활동 등)을 모니터링하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 디바이스(100)는 피측정자의 머리 부위에 대하여 근적외선을 조사하고 피측정자의 머리 부위(더 구체적으로는, 대뇌 정맥 혈액)로부터 반사 또는 산란되는 근적외선을 감지하는 기능을 수행하는 복수의 광 센서(110)를 포함할 수 있다(도 1의 (a) 참조). 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 디바이스(100)에 포함된 복수의 광 센서(110)에 의하여 측정되는 신호는 근적외선 분광법에 기초한 광학 밀도(OD; Optical Density) 신호일 수 있다.
모니터링 시스템의 구성
이하에서는, 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 모니터링 시스템의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다. 한편, 본 발명에서의 모니터링 시스템은 모니터링 디바이스에서의 측정 결과를 표준화하기 위한 시스템에 해당하며, 본 명세서를 통하여 헤모다이나믹스를 모니터링하기 위한 디바이스에서의 측정 결과를 표준화하기 위한 시스템 또는 헤모다이나믹스 측정 결과를 표준화하기 위한 시스템과 동일한 의미로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템의 내부 구성을 예시적으로 나타내는 도면으로서, 이를 참조하면 본 실시예에 따른 모니터링 시스템(200)은 디바이스 관리부(210), 영상 관리부(220), 좌표 관리부(230), 데이터베이스(240), 통신부(250) 및 제어부(260)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 디바이스 관리부(210), 영상 관리부(220), 좌표 관리부(230), 데이터베이스(240), 통신부(250) 및 제어부(260)는 그 중 적어도 일부가 외부 시스템(미도시됨)과 통신하는 프로그램 모듈들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈들은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 모니터링 시스템(200)에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 또한, 이러한 프로그램 모듈들은 모니터링 시스템(200)과 통신 가능한 원격 기억 장치에 저장될 수도 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
한편, 모니터링 시스템(200)에 관하여 위와 같이 설명되었으나, 이러한 설명은 예시적인 것으로서, 모니터링 시스템(200)의 구성요소 또는 기능 중 적어도 일부가 필요에 따라 피측정자의 신체 부위에 착용되는 휴대용 디바이스인 모니터링 디바이스(100) 내에서 실현되거나 모니터링 디바이스(100) 내에 포함될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
우선, 본 실시예에 따르면, 디바이스 관리부(210)는 모니터링 디바이스(100)에 포함된 복수의 광 센서(110)가 피측정자의 신체 부위(예를 들어, 머리 부위)에 대하여 근적외선을 조사하고 피측정자의 신체 부위로부터 반사 또는 산란되는 근적외선을 감지할 수 있도록 모니터링 디바이스(100)를 관리하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스 관리부(210)는 피측정자의 헤모다이나믹스에 대한 모니터링을 수행하기 위하여 필요한 모니터링 디바이스(100)의 다른 기능 또는 구성요소를 관리할 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 따른 영상 관리부(220)는 피측정자가 모니터링 디바이스(100)를 착용한 상태에서 촬영한 영상을 관리하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 영상 관리부(220)에서는 모니터링 디바이스(100)를 머리에 착용한 피측정자의 정면 영상과 측면 영상을 수신하고 이를 분석하여, 모니터링 디바이스(100)에서 측정한 결과를 표준 공간, 예컨대 표준 뇌(standard brain)를 기준으로 확인할 수 있도록, 피측정자의 영상으로부터 좌표계 변환을 위한 데이터를 연산할 수 있다.
본 실시예에서 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자를 촬영하는 영상은 사진을 의미하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시예에서 피측정자를 촬영한 영상은 그 종류를 불문하고 피측정자의 외관을 나타내고 스틸 사진을 추출할 수 있는 형태이면 충분한 것으로, 사진 뿐만 아니라 동영상 등 다른 형태의 영상을 모두 포함한다.
한편, 피측정자의 영상을 분석하여 좌표계 변환을 위해 데이터를 연산하는 방법에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 좌표 관리부(230)는 측정 결과를 표준화하기 위하여 모니터링 디바이스(100)에서의 국소 좌표계(local coordinate)를 표준 좌표계로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 좌표 관리부(230)에서는 영상 관리부(220)에서 연산된 데이터를 바탕으로, 우선 모니터링 디바이스(100)에서의 국소 좌표계를 사진 측정 좌표계(photogrammetry coordinate)로 변환하고, 이어서 사진 측량 좌표계를 사전에 정의된 변환 매트릭스를 통해 소정의 표준 좌표계로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면 좌표 관리부(230)에서는 모니터링 디바이스(100)를 착용한 피측정자의 영상을 기초로 하여 2단계의 변환을 거쳐 모니터링 디바이스(100)에서의 국소 좌표계를 표준 좌표계로 변환할 수 있다.
본 실시예에서는 모니터링 디바이스를 머리에 착용하였 때의 측정 결과를 표준화하여 나타내기 위한 표준 좌표계로 MNI 좌표계를 사용할 수 있다. MNI 좌표계는 몬트리올 신경학적 연구소((Montreal Neurological Institute)에서 개발한 표준 뇌를 기준으로 한 좌표계로서, 이러한 표준 좌표계를 활용함으로써 상이한 뇌의 해부학적 구조를 갖는 피측정자들로부터 측정한 결과를 서로 동등한 조건에서 비교가 가능하고 데이터의 축적 및 활용이 가능하게 된다. 한편, 본 실시예에서는 표준 좌표계로 MNI 좌표계를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 Talairach 좌표계와 같이 뇌의 해부학적 구조를 표준화된 형태로 나타낼 수 있는 다른 표준 좌표계를 사용하거나, 뇌가 아닌 다른 신체 부위에 대하여 측정할 때 그 대상에 따라 적합한 표준 좌표계를 사용하는 것도 가능하다.
본 실시예에 따른 데이터베이스(240)에는 좌표계 변환을 위한 기본 정보가 저장될 수 있다. 예를 들어, 모니터링 디바이스(100)에서 사전 정의된 국소 좌표계에 관한 정보가 저장될 수 있고, 사진 측량 좌표계에서 표준 좌표계로 변환하기 위해 변환 행렬 등의 정보가 저장될 수 있다. 또한, 좌표계 변환을 위해 사용되는 피측정자의 영상과 그 영상 상의 정보, 예를 들어 후술하는 참조점의 위치, 이들 사이의 거리 등의 정보들도 미리 계산되어 저장될 수 있다.
본 실시예에서는 데이터베이스(240)는 모니터링 시스템(200)에 포함되는 것으로 도시하였으나, 이는 본 발명을 구성하는 당업자의 필요에 따라, 모니터링 시스템(200)과 별개로 구성될 수도 있다. 한편, 본 발명에서의 데이터베이스(240)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 포함하는 개념으로서, 협의의 데이터베이스뿐만 아니라 파일 시스템에 기반을 둔 데이터 기록 등을 포함하는 광의의 데이터베이스일 수도 있으며, 단순한 로그의 집합이라도 이를 검색하여 데이터를 추출할 수 있다면 본 발명에서의 데이터베이스(240)가 될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(250)는 모니터링 시스템(200)이 외부 장치와 통신할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(260)는 디바이스 관리부(210), 영상 관리부(220), 좌표 관리부(230), 데이터베이스(240) 및 통신부(250) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 제어부(260)는 외부로부터의 또는 모니터링 시스템(200)의 각 구성요소 간의 데이터의 흐름을 제어함으로써, 디바이스 관리부(210), 영상 관리부(220), 좌표 관리부(230), 데이터베이스(240) 및 통신부(250)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어한다.
헤모다이나믹스를 모니터링하는 방법
모니터링 시스템에 대한 설명에 이어서, 이러한 모니터링 디바이스로부터 측정한 결과를 표준화하여 헤모다이나믹스를 모니터링하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 모니터링 디바이스로부터 측정한 결과를 표준화하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 모니터링 디바이스의 광 센서 위치를 2단계를 거쳐 표준 좌표계에서의 위치로 변환시킨다.
이를 위하여 우선 모니터링 디바이스에서 국소 좌표계를 설정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계를 예시적으로 나타내는 도면으로서, 이를 참조하면 모니터링 디바이스의 중앙부의 한 점을 원점으로 하는 직교 좌표계를 설정하여 모니터링 디바이스 상의 각 위치를 국소 좌표계로 표시할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 좌측 도면은 이렇게 설정한 모니터링 디바이스의 국소 좌표계에서 복수의 광 센서의 위치를 표시한 것으로, 이처럼 모니터링 디바이스의 복수의 광 센서들의 위치를 국소 좌표계 상의 좌표로 할당할 수 있다.
모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계 및 각 광 센서의 좌표는 모니터링 디바이스마다 미리 설정된 것을 활용할 수도 있으며, 이러한 정보는 전술한 모니터링 시스템(200)의 데이터베이스(240)에 미리 저장될 수 있다. 즉, 본 발명에서 모니터링 디바이스에서 국소 좌표계를 설정한다는 것은 사전에 모니터링 디바이스에 좌표계 정보가 들어있는 경우 이를 그대로 이용하는 경우와, 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자의 영상을 얻기 전 또는 얻은 후 모니터링 디바이스에서 측정한 결과를 처리하는 과정에서 별도로 국소 좌표계를 설정하는 경우를 모두 포괄한다. 또한, 본 발명에 따른 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계란 모니터링 디바이스 상의 임의의 점들 사이의 관계를 나타낼 수 있으면 충분한 것으로, 좌표계의 형식적인 명칭이나 그 형태 등에 의해 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 모니터링 디바이스를 신체 부위(예를 들어, 머리 부위)에 착용한 피측정자의 모습을 촬영한 영상을 획득하고, 이를 이용하여 모니터링 디바이스의 국소 좌표계를 사진 측량 좌표계로 변환한다(도 3의 가운데 도면 참조). 피측정자의 영상은 일반적인 디지털 카메라 내지 태블릿, 스마트폰 등에 탑재된 카메라를 통해 획득할 수 있으며, 피측정자에 대한 영상을 얻을 수 있는 어떠한 형태의 디바이스를 사용해도 무방하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 모니터링 디바이스를 신체 부위(예를 들어, 머리 부위)에 착용한 피측정자의 정면과 측면을 촬영한 사진에서 모니터링 디바이스의 국소 좌표계와 사진 측량 좌표계의 관계를 나타내는 도면으로서, 본 실시예에서는 이처럼 피측정자의 정면 사진과 측면 사진을 통해 모니터링 디바이스의 국소 좌표계와 사진 측량 좌표계 사이의 관계를 분석하여 사진 측량 좌표계로의 변환을 수행할 수 있다.
모니터링 디바이스를 머리 부위에 착용하여 때를 예시한 도 5를 참조하면, 우선 피측정자의 정면 사진에서 피측정자의 비근점(nasion; NAS)을 사진 측량 좌표계의 원점으로 설정할 수 있다. NAS는 MNI 좌표계의 기준점 중 하나로서, 본 실시예에서는 이를 기준으로 모니터링 디바이스의 각 지점이 어디에 위치하는지 측량을 진행하게 된다.
본 실시예에서 사진 측량 좌표계는 국소 좌표계에서 평행 이동(즉, y축 및 z축 방향으로의 평행 이동)과 회전 이동(즉, x축을 기준으로 하는 회전 이동)을 통해 변환되는 것으로서, 예를 들어 피측정자의 정면 사진 및 측면 사진을 통해 좌표계의 평행 이동 및 회전 이동의 선형 아핀 변환(linear affine transformation)을 위한 변환 행렬을 구할 수 있다.
우선, 도 5의 정면 사진(front view)에서 사진 측량 좌표계의 원점(NAS)과 모니터링 디바이스의 국소 좌표계의 원점(C0)이 상하 방향(z축 방향)으로 일직선 상에 놓이게 되므로, 이로부터 사진 측량 좌표계의 원점(NAS)에서 국소 좌표계의 원점(C0)으로 향하는 벡터의 z축 성분을 연산할 수 있다. z축 성분의 연산은, 정면 사진 상에서 사전에 실제 거리를 계산한 두 참조점(Cf1, Cf2) 사이의 픽셀 수를 구하여 픽셀 당 거리를 연산하고, 사진 상에서 z축 방향을 따라 NAS와 C0 사이의 픽셀 수를 구하여, 이를 참조점을 이용하여 연산한 픽셀 당 거리와 곱함으로써 실제 거리를 측정하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2017007179-appb-M000001
여기에서,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000001
는 z축 방향의 단위 벡터를 의미하며,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000002
는 z축 방향을 따라 측정한 NAS에서 C0 사이의 픽셀 수,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000003
는 국소 좌표계 상에서 x축 방향을 따라 위치하는 두 참조점(Cf1, Cf2) 사이의 거리,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000004
는 x축 방향을 따라 측정한 두 참조점(Cf1, Cf2) 사이의 픽셀 수를 의미하며, 이 중 두 참조점 사이의 거리는 사전에 계산되어 데이터베이스(240)에 저장될 수 있다.
이와 유사한 방식으로, 도 5의 측면 사진(side view)으로부터 사진 측량 좌표계의 원점(NAS)에서 국소 좌표계의 원점(C0)으로 향하는 벡터의 y축 성분을 연산할 수 있다. 즉, y축 성분의 연산은, 측면 사진 상에서 실제 거리를 알고 있는 두 참조점(Cs1, Cs2) 사이의 픽셀 수를 구하여 픽셀 당 거리를 연산하고, 사진 상에서 y축 방향을 따라 NAS와 C0 사이의 픽셀 수를 구하여 이를 참조점을 이용하여 연산한 픽셀 당 거리와 곱함으로써 실제 거리를 측정하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2017007179-appb-M000002
여기에서,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000005
는 y축 방향의 단위 벡터를 의미하며,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000006
는 y축 방향을 따라 측정한 NAS에서 C0 사이의 픽셀 수,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000007
는 국소 좌표계 상에서 두 참조좌표(Cs1, Cs2) 사이의 거리,
Figure PCTKR2017007179-appb-I000008
는 두 참조점(Cs1, Cs2) 사이의 픽셀 수를 의미한다.
다음으로, 피측정자의 측면 사진으로부터 모니터링 디바이스의 국소 좌표계를 x축을 기준으로 회전한 각도를 연산할 수 있다.
도 5의 측면 사진(side view)을 참조하면, x축을 기준으로 좌표계가 회전한 각도는 NAS와 우측 이개전점(Right Pre-Auricular point; RPA)을 연결하는 직선과 두 참조점(Cs1, Cs2)을 연결하는 직선 사이의 각도를 측정하여 얻을 수 있다.
구체적으로, 모니터링 디바이스에서 참조점 Cs2를 지나면서 NAS와 RPA를 연결하는 직선과 평행한 직선 l1을 상정할 때, 모니터링 디바이스의 착용 전 참조점 C's1과 참조점 Cs2를 연결하는 직선과 직선 l1이 이루는 각도(θ0)를 구하고, 모니터링 디바이스의 착용 후 참조점 Cs1(즉, C's1이 회전 이동한 점)과 참조점 Cs2를 연결하는 직선(직선 l2)과 직선 l1이 이루는 각도(θyz)를 구하여, 이들로부터 x축을 기준으로 좌표계가 회전한 각도(θtilt)를 연산할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2017007179-appb-M000003
여기에서, 모니터링 디바이스의 착용 전 참조점 C's1과 참조점 Cs2를 연결하는 직선과 직선 l1이 이루는 각도(θ0)는 사전에 계산되어 데이터베이스(240)에 저장될 수 있다.
이상에서 구한 y축 및 z축 방향으로의 평행 이동 성분(y0, z0)과 x축을 기준으로 하는 회전 이동 성분(θtilt)을 이용하면, 모니터링 디바이스의 국소 좌표계에서의 좌표(XNIRSIT)를 사진 측량 좌표계에서의 좌표(Xphoto -p)로 변환하는 것을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017007179-appb-M000004
한편, 본 실시예에서는 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자의 정면 사진과 측면 사진(우측면 사진)을 활용하여 사진 측량 좌표계로의 변환 행렬을 구하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 방향에서 촬영한 둘 이상의 사진을 활용하는 것도 가능하다. 다만, 이 경우에도 서로 직교하는 두 사진을 활용하는 것이 좌표 변환의 정확성을 높일 수 있다.
또한, 사진 측량 좌표계를 설정함에 있어서 그 원점은 비근점(NAS)으로 한정되는 것은 아니고, MRI에서 사용하는 기준점 중 하나인 우측 이개전점(Right Pre-Auricular point; RPA), 좌측 이개전점(Left Pre-Auricular point; LPA) 등 다른 점을 기준점인 원점으로 하는 것도 가능하며, 피측정자의 영상 중 얼글 상의 임의의 한 점을 원점으로 하는 것도 가능하다.
모니터링 디바이스의 국소 좌표계에서 사진 측량 좌표계로의 변환이 이루어지면, 이를 다시 표준 좌표계로 변환한다(도 3의 우측 도면 참조). 즉, 피측정자가 착용한 모니터링 디바이스 상의 특정 위치를 표준화된 공간(예를 들어, MNI 공간) 상으로 옮기는 과정을 수행한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 사진 측량 좌표계에서 표준 좌표계로 변환하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면으로서, 이를 참조하면 아핀 변환(affine transformation)을 통해 사진 측량 좌표계를 표준 좌표계, 예를 들어 MNI 좌표계로 변환할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017007179-appb-M000005
여기에서, 사진 측량 좌표계를 표준 좌표계로 변환하기 위한 아핀 변환 행렬(MAT,ave)은 사전에 다른 피측정자들의 MRI 스캔을 통해 구할 수 있으며, 이는 모니터링 시스템(200)의 데이터베이스(240)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시에 따른 모니터링 방법에 따르면, 피측정자가 모니터링 디바이스를 착용한 영상을 이용하여 모니터링 디바이스에서 측정한 데이터를 표준 공간, 예컨대 표준 뇌를 기준으로 하는 표준 좌표계로 매핑할 수 있게 된다. 따라서, 서로 다른 피측정자로부터 측정된 결과를 표준 좌표계 상에서 직접 비교할 수 있어 측정 결과의 평가를 용이하게 수행할 수 있게 된다. 또한, 모니터링 디바이스를 통해 얻은 결과를 표준화할 수 있어 이러한 결과를 축적함으로써 추후 빅 데이터 분석에 활용할 수 있게 된다.
이상에서, 모니터링의 대상이 되는 신체 부위가 머리 부위(즉, 뇌)인 경우에 대하여 주로 설명되었지만, 본 발명에 따른 모니터링의 대상이 되는 신체 부위가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 헤모다이나믹스에 기초하여 모니터링될 수 있는 다른 신체 부위도 얼마든지 본 발명에 따른 모니터링의 대상으로서 상정될 수 있음을 밝혀 둔다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 헤모다이나믹스(hemodynamics)를 모니터링하기 위한 디바이스에서의 측정 결과를 표준화하기 위한 방법으로서,
    모니터링 디바이스를 착용한 피측정자의 영상을 촬영하는 단계,
    촬영된 영상에서 사진 측량 좌표계를 정의하고 미리 설정된 상기 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계를 상기 사진 측량 좌표계로 변환하는 단계,
    상기 사진 측량 좌표계를 표준 공간을 기준으로 하는 표준 좌표계로 변환하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    피측정자의 영상을 촬영하는 단계에서는 상기 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자를 서로 다른 두 방향으로 각각 촬영하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    피측정자의 영상을 촬영하는 단계에서는 상기 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자를 서로 직교하는 두 방향으로 각각 촬영하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사진 측량 좌표계의 원점을 피측정자의 영상에서 피측정자의 얼굴 상의 임의의 한 점으로 설정하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사진 측량 좌표계의 원점을 비근점(NAS), 우측 이개전점(RPA) 및 좌측 이개전점(LPA) 중 어느 하나로 설정하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    사진 측량 좌표계로 변환하는 단계에서는, 상기 모니터링 디바이스에서 사전 설정된 참조점을 이용하여, 촬영된 영상 상에서 상기 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계와 상기 사진 측량 좌표계 사이의 평행 이동 및 회전 이동의 정도를 연산하고 좌표계 변환 행렬을 구하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  8. 헤모다이나믹스(hemodynamics)를 모니터링하기 위한 디바이스에서의 측정 결과를 표준화하기 위한 시스템으로서,
    피측정자가 모니터링 디바이스를 착용한 상태의 영상을 수신하고 분석하는 영상 관리부와,
    상기 모니터링 디바이스에서의 측정 결과를 표준 공간을 기준으로 하는 표준 좌표계로 매핑하기 위하여, 상기 영상 관리부에서 분석한 영상을 기초로 상기 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계를 사진 측량 좌표계로 변환하고, 변환된 상기 사진 측량 좌표계를 다시 표준 좌표계로 변환하는 좌표 관리부
    를 포함하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 영상 관리부에서는 상기 모니터링 디바이스를 착용한 피측정자를 서로 다른 두 방향으로 촬영한 영상을 수신하여 분석하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영상 관리부에서 수신하여 분석하는 영상은 피측정자를 서로 직교하는 두 방향으로 촬영한 영상인, 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 좌표 관리부는 상기 사진 측량 좌표계의 원점을 피측정자의 영상에서 피측정자의 얼굴 상의 임의의 한 점으로 설정하는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 좌표 관리부는 비근점(NAS), 우측 이개전점(RPA) 및 좌측 이개전점(LPA) 중 어느 하나를 상기 사진 측량 좌표계의 원점으로 설정하는, 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 좌표 관리부는, 상기 모니터링 디바이스에서 사전 설정된 참조점을 이용하여, 영상 상에서 상기 모니터링 디바이스에서의 국소 좌표계와 상기 사진 측량 좌표계 사이의 평행 이동 및 회전 이동의 정도를 연산하고 좌표계 변환 행렬을 구하는, 시스템.
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