WO2018101499A1 - 호흡 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

호흡 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2018101499A1
WO2018101499A1 PCT/KR2016/013894 KR2016013894W WO2018101499A1 WO 2018101499 A1 WO2018101499 A1 WO 2018101499A1 KR 2016013894 W KR2016013894 W KR 2016013894W WO 2018101499 A1 WO2018101499 A1 WO 2018101499A1
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WO
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marker
respiratory
direction axis
time position
motion direction
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/013894
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English (en)
French (fr)
Inventor
김남국
배명수
이상민
서준범
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
재단법인 아산사회복지재단
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs

Definitions

  • the present invention relates to a respiratory monitoring device and a method thereof, and more particularly to a respiratory monitoring device and a method for measuring the breathing of a patient using a sensor device and a passive marker.
  • the respiratory monitoring method using a respiratory monitoring device by receiving the sensing information from the sensor device, to detect the marker attached to the body of the subject to measure, the real-time of the marker Acquiring a position, calculating a respiratory motion direction axis using the real time position of the marker, and extracting a plurality of projection points corresponding to the real time position of the marker by projecting the real time position of the marker on the respiratory motion direction axis Step, extracting both end points of the plurality of projection points, extracting the intermediate points of the both end points, the breathing depth of the subject using at least one of the plurality of projection points, the both end points and the intermediate point Calculating the step, and the breathing depth And generating and outputting a respiration monitoring result of the measurement subject.
  • the marker may include a passive marker and a plate.
  • the collecting of the real-time position of the marker may include detecting a candidate region of the passive marker and a candidate region of the plate by using the sensing information and shape information of the previously stored marker, and a candidate region of the passive marker. Detecting the marker by matching a candidate region of the plate.
  • the sensing information may include at least one of color image information, infrared (IR) image information, distance information, and depth information.
  • IR infrared
  • the calculating of the breathing depth of the measurement subject may be performed by determining the distance from the intermediate point to the projection point as the breathing depth.
  • the method may further include determining a respiratory monitoring situation of the measurement subject using at least one of whether the marker is detected, the respiration depth, the real time position of the marker, and the respiration motion direction axis.
  • the determining of the respiratory monitoring situation may include measuring a distance between the respiratory motion direction axis and the real time position of the marker, generating a unit vector perpendicular to the plate and passing through the center of the marker, wherein the unit vector And measuring an angle between the respiratory motion direction axis, and if at least one of the distance or the angle between the respiratory motion direction axis and the positions of the marker is greater than each preset threshold, respiratory monitoring is performed. Determining to stop or recalculate the respiratory motion direction axis.
  • Respiratory monitoring device is an input unit for receiving sensing information from a sensor device, a tracking unit for detecting a marker attached to the body of the measurement target, to obtain the real-time position of the marker, the real-time position of the marker Calculate a respiratory motion direction axis by using, project the real-time position of the marker on the respiratory motion direction axis to extract a plurality of projection points corresponding to the real-time position of the marker, and extract both endpoints from the plurality of projection points And extracting an intermediate point of the both end points, calculating a breathing depth of the measurement subject using at least one of the projection point, the both end points, and the intermediate point, and the measurement using the breathing depth.
  • To generate and output the subject's breath monitoring results It includes an output unit.
  • a low-cost multi-sensor can be used, which is low in cost, non-invasive, and high in portability.
  • accurate tracking of respiratory motions is achieved by using passive markers and markers with colored plates, and various respiratory motion measurement situations can be classified. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a view showing a system using a breath monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a marker according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a respiratory monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flow chart of a respiratory monitoring method according to an embodiment of the present invention.
  • step S410 is a flow chart of step S410 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a process of detecting a passive marker candidate region according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a plate candidate region and a marker detection process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining a respiratory motion direction axis calculation process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a system using a breath monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the respiratory monitoring device 100 when the respiratory monitoring system using the respiratory monitoring device 100 generates the sensing information by measuring the measurement target with the sensor device 200 attached to the marker 50, the respiratory monitoring device 100 Receives sensing information and generates respiratory monitoring results.
  • FIG. 2 is a view for explaining a marker according to an embodiment of the present invention. Looking at the shape of the marker in detail with reference to FIG. 2, the marker 50 is a plate 52 and a passive marker 51 as shown in FIG. 2. ).
  • the reason why the marker 50 includes the plate 52 is to increase the accuracy of the detection of the marker 50, and the shape of the plate 52 includes a circle, a rectangle, a triangle, and the like, and the color of the plate 52. Include yellow, blue, green, and the like.
  • the shape of the passive marker 51 includes a sphere and the like.
  • the passive marker 51 refers to a passive marker in the form of absorbing and emitting light from the outside, and the light includes infrared rays and the like.
  • the respiratory monitoring device 100 receives sensing information from the sensor device 200.
  • the depth of breath is calculated using the input sensing information, and the result of breath monitoring is generated and output.
  • the respiratory monitoring device 100 will be described in detail through the configuration diagram below.
  • the sensor device 200 measures the measurement target and transmits the sensing information measuring the measurement target to the respiration monitoring apparatus 100 through wired or wireless communication.
  • the sensor device 200 may include an IR sensor, a camera, a depth sensor, an ultrasonic sensor, a pressure sensor, a gyro sensor, and the like.
  • FIG. 3 is a block diagram of a respiratory monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may include an input unit 110, a tracking unit 120, an operation unit 130, and an output unit 140, and may further include a determination unit 150.
  • the input unit 110 receives the sensing information from the sensor device 200.
  • the input unit 110 is connected to the sensor device 200 through wired or wireless communication to receive sensing information.
  • the sensing information is data measured using the sensor device 200, and the sensing information includes at least one of color image information, infrared image information, distance information, and depth information.
  • the tracking unit 120 detects the marker 50 attached to the body of the subject using the sensing information.
  • the marker 50 includes a passive marker 51 and a plate 52.
  • the tracking unit 120 detects the candidate region of the passive marker 51 and the candidate region of the plate 52 using the sensing information and the shape information of the marker 50 stored in advance.
  • the tracking unit 120 detects the marker by matching data of the candidate region of the detected passive marker 51 and the candidate region of the plate 52, respectively.
  • the shape information of the marker 50 includes information about the shape and size of the passive marker 51 and information about the shape, size and color of the plate 52.
  • the tracking unit 120 collects the real time position of the marker 50.
  • the tracking unit 120 collects positions by tracking the real-time movement of the marker 50, and may determine the center point of the marker 50 as the position of the marker 50 to collect the real-time position of the marker 50. .
  • the tracking unit 120 may remove noise due to the breathing motion of the measurement target included in the sensing information using the Kalman filter. Specifically, the tracking unit 120 removes noise by applying a Kalman filter to the real time position of the marker 50. In addition, the tracking unit 120 may select a parameter of the Kalman filter by selecting a parameter corresponding to the degree of noise or the average of the breathing depths from previously stored parameters.
  • the calculating unit 130 calculates the respiratory motion direction axis of the measurement target by using the real-time position of the marker 50.
  • the calculator 130 may calculate a respiratory motion direction axis of the measurement target from real-time positions of the marker 50 using Principal Component Analysis (PCA).
  • PCA Principal Component Analysis
  • the respiratory motion direction axis means a direction axis in which the marker 50 moves when the measurement subject breathes.
  • the calculating unit 130 projects a real-time position of the marker 50 on the respiratory motion direction axis to calculate a plurality of projection points corresponding to the real-time position of the marker, and among the plurality of projection points, projection points corresponding to both endpoints and And the midpoints of both endpoints.
  • the calculation unit 130 calculates the breathing depth of the measurement target by using at least one of the plurality of projection points, both end points and the intermediate point.
  • the breathing depth means the distance between the projection point and the intermediate point, and since the projection points are plural, the plurality of breathing depths are calculated in correspondence to each projection point.
  • both end points include a minimum point located closest to the ground and a maximum point located farthest from the ground
  • the operation unit 130 includes a case where the projection point is located between the minimum point and the middle point and the maximum point and the middle point. If it is located between points, the breathing depth can be calculated by having a different sign.
  • the output unit 140 generates and outputs a respiration monitoring result of the measurement subject using the respiration depth.
  • the output unit 140 may generate and output a respiratory motion graph on two-dimensional coordinates having the X axis as the time axis and the Y axis as the depth of respiration.
  • the output unit 140 may generate and output a respiration measurement situation graph corresponding to the respiration monitoring situation determination result of the determination unit 150.
  • the determination unit 150 determines the breath monitoring situation of the measurement target.
  • the determination unit 150 determines the monitoring situation of the subject to be measured by using at least one of whether the marker 50 is detected, the breathing depth, the real time position of the marker 50, and the respiration motion direction axis.
  • the respiratory monitoring situation may include a preparation step, normal motion, respiratory stop, temporary obstruction, inability to measure and sudden movement.
  • the determination unit 150 measures the distance between the respiratory motion direction axis and the real time position of the marker 50, generates a unit vector perpendicular to the plate 52, and passes through the center of the marker 50. Can measure the angle between the axis and the respiratory motion direction axis. In addition, if the measured distance and angle is greater than each threshold, it may be determined to stop respiratory monitoring or to recalculate the respiratory motion direction axis.
  • FIGS. 4 to 11. 4 is a flow chart of a respiratory monitoring method according to an embodiment of the present invention.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 receives sensing information from the sensor device 200, detects the marker 50, and acquires a real time position of the marker 50 (S410).
  • the sensing information is information measured by the sensor device 200 and includes at least one of color image information, infrared image information, distance information, and depth information.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may remove noise due to the respiratory motion of the measurement target included in the sensing information using the Kalman filter.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 removes noise by applying a Kalman filter to a real time position of the marker 50.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may select a parameter of the Kalman filter by selecting a parameter corresponding to the degree of noise or the average of the breathing depths from previously stored parameters.
  • step S410 will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7.
  • 5 is a flowchart of step S410 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a view for explaining a process for detecting a passive marker candidate region according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a plate according to an embodiment of the present invention A diagram for describing a candidate region and a marker detection process.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 detects the candidate area of the passive marker 51 and the candidate area of the plate 52 by using the sensing information and the shape information of the previously stored marker 50 (S412).
  • the shape information of the marker 50 includes at least one of the shape, size, and color information of the passive marker 51 and the plate 52.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 detects a candidate region of the passive marker 51 by using infrared image information among sensing information received from the sensor device 200.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 filters the infrared image using a threshold value as shown in FIG. 6A. In other words, the portion of the infrared image that is measured brighter than the threshold value is filtered and displayed.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 detects a candidate region of the passive marker 51 by selecting a region corresponding to the shape information of the previously stored passive marker 51 from the filtered region as shown in FIG. 6B.
  • the candidate region of the passive marker 51 may be plural.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 detects the candidate region of the plate 52 using the color image information among the sensing information received from the sensor device.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may detect a region corresponding to the color information of the plate 52 previously stored from the color image as shown in FIG. 7A.
  • an area corresponding to the size and shape information of the plate 52 previously stored may be detected therefrom.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 detects the candidate area of the plate 52 by matching the area corresponding to the color information of the detected plate 52 with the area corresponding to the size and shape information of the detected plate 52. .
  • the candidate region of the plate 52 may be plural.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 detects the marker 50 by matching the passive marker 51 candidate region and the plate 52 candidate region (S414).
  • the respiratory monitoring apparatus 100 matches the passive marker 51 candidate region and the plate 52 candidate region so that the passive marker 52 candidate region and the plate 52 candidate region are shown in FIG. 6B.
  • the overlapping area is detected by the marker 50.
  • the respiratory monitoring device 100 After detecting the marker, the respiratory monitoring device 100 obtains the position of the marker 50 in real time. In this case, the respiratory monitoring apparatus 100 may determine the center point of the detected marker 50 as the position of the marker 50 to obtain a real time position of the marker 50.
  • FIG. 8 is a view for explaining a respiratory motion direction axis calculation process according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the respiratory motion direction axis calculation process will be described with reference to FIG. 8.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 calculates the respiratory motion direction axis of the measurement subject as shown in FIG. 8B by analyzing the real time position of the marker 50 obtained as shown in FIG. 8A.
  • the respiratory monitoring device 100 calculates the respiratory motion direction axis from the real-time position of the marker 50 using Principal Component Analysis (PCA).
  • PCA Principal Component Analysis
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may calculate the respiratory motion direction axis using the real-time position of the marker 50 acquired for the preset time, and at this time, the respiratory motion direction axis and the marker 50 acquired for the preset time. If the average of the distances of the real-time positions of the () is greater than or equal to a predetermined threshold value, the real-time position of the marker 50 may be recollected for a predetermined time and the respiratory motion direction axis may be recalculated.
  • PCA Principal Component Analysis
  • the respiratory monitoring apparatus 100 extracts a plurality of projection points corresponding to the real time position of the marker by projecting the real time position of the marker 50 on the respiratory motion direction axis (S430).
  • 9 is a view illustrating a projection point calculation process according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the projection point calculation process will be described with reference to FIG. 9. In FIG. 9, it is assumed that five projection points are extracted by using five real-time marker 50 positions for convenience of description.
  • the middle vertical straight line means the respiratory motion direction axis
  • the point outside the respiratory motion direction axis means the real time position of the marker 50
  • the point on the axis is the real time 3 of the marker 50.
  • the projection point at which the dimensional position is projected That is, the respiratory monitoring apparatus 100 extracts a plurality of projection points by vertically projecting the position of the real time marker 50 on the respiratory motion direction axis as shown in FIG. 9.
  • both end points MAX and MIN include a minimum point MIN located at a closest distance from the ground and a maximum point MAX located at a distance farthest from the ground. That is, the respiratory monitoring apparatus 100 extracts the projection points MAX and MIN corresponding to both end points and the midpoint MID which is the center point of both end points among the plurality of projection points.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may extract both endpoints MAX and MIN and the midpoint MID of both endpoints using the real-time position of the marker 50 acquired for a predetermined time.
  • the real-time position of the marker used to calculate the respiratory motion direction axis may be used.
  • the respiratory monitoring device 100 calculates the breathing depth of the measurement target by using the projection point, both end points and the intermediate point (S450).
  • the respiratory monitoring device 100 may determine the distance from the midpoint (MID) to the projection point at the current time point to determine the respiratory depth, the projection point is the intermediate point (
  • the breathing depth can be calculated by different signing between the MID) and the maximum point (MAX) and the projection point between the midpoint (MID) and the minimum point (MIN).
  • the breathing depth is four.
  • the projection point is between the midpoint (MID) and the minimum point (MIN)
  • the distance between the projection point and the midpoint (MID) is 3, the breathing depth is -3.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may determine the respiratory monitoring situation of the measurement target (S460). Specifically, the respiratory monitoring device may determine the respiratory monitoring situation using at least one of whether the marker 50 is detected, the respiratory depth, the real time position of the marker 50, and the respiratory motion direction axis.
  • the respiratory monitoring situation includes the stage of preparation (Initialization), Normal Motion, Breath-Hold, Temporary Hiding, Undetected, and Sudden Movement. It may include.
  • the preparation step is when the respiratory monitoring device 100 is performing the steps S410 to S440, the respiratory monitoring device 100 is performing the steps S410 to S440 Once determined, the respiratory monitoring situation can be determined as a preparation step.
  • the normal motion is a case where the detection of the measurement target's marker, tracking, and respiratory depth calculation are performed, and thus the respiration monitoring result of the measurement target is output.
  • the respiratory monitoring device 100 detects the marker 50. If the difference between the maximum breathing depth and the minimum breathing depth is higher than the preset value, the breathing monitoring result is calculated and the breathing monitoring result is output.
  • the respiratory monitoring device may determine the respiratory monitoring situation as respiratory arrest.
  • the temporary occlusion is a case where a third object is temporarily present between the measurement object and the measurement device. If a third object is detected through the sensing information in a situation where the marker 50 is not detected, the respiratory monitoring device ( 100) may determine that the respiratory monitoring situation is temporarily covered.
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may not measure the respiratory monitoring because the marker 50 is not detected and the third object is not detected through the sensing information without detecting the marker 50. Respiratory monitoring can be judged as unmeasurable.
  • the abrupt movement refers to a case in which the patient with the marker 50 moves abruptly, and the distance between the respiratory motion direction axis and the real time position of the marker 50 and the unit vector of the marker and the respiratory motion direction axis
  • the respiratory monitoring apparatus 100 may determine the respiratory monitoring situation as a sudden movement.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a monitoring situation determination process according to an embodiment of the present invention.
  • a process of determining the respiratory monitoring situation as a sudden movement will be described in detail with reference to FIG. 10.
  • the respiratory monitoring device 100 measures the distance between the respiratory motion direction axis and the real time position of the marker 50 (S462).
  • the distance between the respiratory motion direction axis and the real time position of the marker 50 is the length of the repair line from the real time position of the marker 50 toward the respiratory motion direction axis.
  • the respiratory monitoring device 100 generates a unit vector perpendicular to the plate 52 of the marker 50 and passes through the center of the marker 50, and measures the angle between the unit vector and the respiratory motion direction axis. (S464).
  • the respiratory monitoring apparatus 100 determines the respiratory monitoring situation by comparing the distance measured in S462 and the angle measured in S464 with respective threshold values (S466). Specifically, when at least one of the distance measured in S462 and the angle measured in S464 is greater than each threshold value, the respiratory monitoring apparatus 100 determines the respiratory monitoring situation as a sudden movement. In addition, the respiratory monitoring device 100 stops respiratory monitoring or recalculates the respiratory motion direction axis. That is, the respiratory monitoring device 100 proceeds with respiration monitoring again from step S420.
  • the respiratory monitoring device 100 generates and outputs a respiratory monitoring result of the measurement subject using the respiratory depth (S470).
  • the respiratory monitoring result may include a respiratory motion graph having the X axis as the time axis and the Y axis as the depth of respiration, and may include a respiratory monitoring situation determination result.
  • FIG. 11 is a view showing the output of the respiratory monitoring results according to an embodiment of the present invention.
  • three windows may be included, (1) window is a photographed image using sensing information, and (2) window is a marker (50). ), The respiratory motion direction axis and unit vector are output, and window (3) shows the respiratory monitoring result.
  • the upper part of window (3) means the respiratory motion graph and the lower part shows the respiratory monitoring situation judgment result. it means.
  • a low cost multi-sensor can be used, which is low in cost, non-invasive, and high in portability.
  • accurate tracking of respiratory motions is achieved by using passive markers and markers with colored plates, and various respiratory motion measurement situations can be classified. It becomes possible.

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Abstract

본 발명은 호흡 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른호흡 모니터링 방법에 있어서, 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받아, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 단계, 상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하는 단계, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계, 그리고 상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 단계를 포함한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 저가의 멀티 센서를 이용할 수 있어 비용이 저렴하고, 비침습적(non-invasive)이며 휴대성이 높다. 또한 패시브 마커와 색상이 있는 플레이트를 포함하는 마커를 이용하여 호흡 모션의 트래킹이 정확히 이루어지며, 다양한 호흡 모션 측정 상황의 분류가 가능하고, 환자의 갑작스런 움직임이 있더라도 이후 호흡 모션을 자동으로 재측정이 가능하게 된다.

Description

호흡 모니터링 장치 및 그 방법
본 발명은 호흡 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서장치 및 패시브 마커를 이용하여 환자의 호흡을 측정하는 호흡 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
대부분의 병원에서는 환자의 신체를 측정하기 위하여 CT, MRI 및 X-Ray와 같은 신체 촬영 측정 기기를 사용한다. 그리고 이러한 측정 기기를 통해 수집한 의료 정보들은 환자의 병세를 판단하거나 수술을 위한 사전 자료로 활용된다.
하지만 이러한 신체 측정 장비는 환자의 호흡을 상황에 맞게 조절해야 정확한 신체 측정 정보를 획득할 수 있으며, 환자의 호흡이 제대로 조절되지 않은 경우 부정확한 신체 측정 정보를 획득함으로써, 예기치 않은 의료사고 등이 발생할 수 있다.
그러나 대부분의 병원은 신체 측정 장비를 운용하는 인력이 부족하여 촬영시 환자의 호흡을 지속적으로 관리하기 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 압력 센서 등을 이용한 호흡 모니터링 시스템들이 사용되고 있으나, 환자의 자세에 따라 부정확한 모니터링 결과를 출력하거나, 정확한 호흡 모니터링 결과를 출력하더라도 장비 자체가 매우 고가에 형성되어 있어 운영상에 어려움이 따르는 실정이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2008-0039919호(2008.05.07.공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 센서장치 및 패시브 마커를 이용하여 환자의 호흡을 측정하는 호흡 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 호흡 모니터링 장치를 이용하는 호흡 모니터링 방법에 있어서, 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받아, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 단계, 상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하는 단계, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계, 그리고 상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 단계를 포함한다.
상기 마커는, 패시브 마커(Passive Marker)와 플레이트(Plate)를 포함할 수 있다.
상기 마커의 실시간 위치를 수집하는 단계는, 상기 센싱 정보 및 기 저장된 상기 마커의 형상 정보를 이용하여 상기 패시브 마커의 후보 영역 및 상기 플레이트의 후보 영역을 검출하는 단계, 그리고 상기 패시브 마커의 후보 영역과 상기 플레이트의 후보 영역을 매칭하여 상기 마커를 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 센싱 정보는, 컬러 이미지 정보, 적외선(IR) 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계는, 상기 중간지점으로부터 상기 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡 깊이로 판단하여 연산할 수 있다.
상기 마커의 탐지 여부, 상기 호흡깊이, 상기 마커의 실시간 위치 및 상기 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계는, 상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하는 단계, 상기 플레이트에 수직하고 상기 마커의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 상기 단위 벡터와 상기 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정하는 단계, 그리고 상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 위치들 사이의 거리 또는 상기 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링을 정지하거나 상기 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치는 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받는 입력부, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 트래킹부, 상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 연산부, 그리고 상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 출력부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 저가의 멀티 센서를 이용할 수 있어 비용이 저렴하고, 비침습적(non-invasive)이며 휴대성이 높다. 또한 패시브 마커와 색상이 있는 플레이트를 포함하는 마커를 이용하여 호흡 모션의 트래킹이 정확히 이루어지며, 다양한 호흡 모션 측정 상황의 분류가 가능하고, 환자의 갑작스런 움직임이 있더라도 이후 호흡 모션을 자동으로 재측정이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치를 이용한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마커를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 S410단계의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패시브 마커 후보 영역 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플레이트 후보 영역 및 마커 탐지 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모션 방향 축 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
우선, 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 시스템에 대하여 살펴본다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치를 이용한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 호흡 모니터링 장치(100)를 이용한 호흡 모니터링 시스템은 센서 장치(200)가 마커(50)를 부착한 측정 대상자를 측정하여 센싱 정보를 생성하면, 호흡 모니터링 장치(100)는 센싱 정보를 입력받아 호흡 모니터링 결과를 생성한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마커를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2를 통해 마커의 형상에 대하여 구체적으로 살펴보면, 마커(50)는 도 2에서와 같이 플레이트(52)와 패시브 마커(51)를 포함한다.
이때 마커(50)가 플레이트(52)를 포함하는 이유는 마커(50) 탐지의 정확성을 높이기 위함이며, 플레이트(52)의 형태는 원형, 사각형, 삼각형 등을 포함하고, 플레이트(52)의 색상은 노란색, 파랑색, 녹색 등을 포함한다.
그리고 패시브 마커(51)의 형태는 구형 등을 포함한다. 여기서 패시브 마커(51)는 외부로부터 빛을 흡수하여 발산하는 형태의 수동 마커를 의미하며, 빛은 적외선 등을 포함한다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치(200)로부터 센싱 정보를 입력받는다. 그리고 입력받은 센싱 정보를 이용하여 호흡깊이를 연산하고 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력한다. 호흡 모니터링 장치(100)는 아래에서 구성도를 통해 구체적으로 살펴보도록 한다.
다음으로, 센서 장치(200)는 측정 대상자를 측정하여, 측정 대상자를 측정한 센싱 정보를 유무선 통신을 통해 호흡 모니터링 장치(100)로 전송한다. 여기서 센서 장치(200)는 IR 센서, 카메라, 깊이 센서, 초음파 센서, 압력 센서, 자이로 센서 등을 포함한다.
그러면, 도 3을 통해 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치(100)에 대하여 살펴본다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치의 구성도이다.
우선, 호흡 모니터링 장치(100)는 입력부(110), 트래킹부(120), 연산부(130) 및 출력부(140)를 포함하며, 판단부(150)를 더 포함할 수 있다.
호흡 모니터링 장치(100)에 대하여 구체적으로 살펴보면, 입력부(110)는 센서 장치(200)로부터 센싱 정보를 입력받는다. 여기서 입력부(110)는 센서 장치(200)와 유무선 통신을 통해 연결되어 센싱 정보를 수신한다. 그리고 센싱 정보는 센서 장치(200)를 이용하여 측정한 데이터로서, 센싱 정보는 컬러 이미지 정보, 적외선 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
다음으로, 트래킹부(120)는 센싱 정보를 이용하여 측정 대상자의 신체에 부착된 마커(50)를 탐지한다. 이때, 마커(50)는 패시브 마커(Passive Marker, 51)와 플레이트(Plate, 52)를 포함한다.
구체적으로 트래킹부(120)는 센싱 정보와 기 저장된 마커(50)의 형상 정보를 이용하여 패시브 마커(51)의 후보 영역 및 플레이트(52)의 후보 영역을 각각 검출한다. 그리고 트래킹부(120)는 각각 검출된 패시브 마커(51)의 후보 영역과 플레이트(52)의 후보 영역에 대한 데이터를 매칭하여 마커를 탐지한다. 여기서, 마커(50)의 형상 정보는 패시브 마커(51)의 형태 및 크기 등에 대한 정보와 플레이트(52)의 형태, 크기 및 색상 등에 대한 정보를 포함한다.
또한, 트래킹부(120)는 마커(50)의 실시간 위치를 수집한다. 트래킹부(120)는 마커(50)의 실시간 움직임을 트래킹하여 위치를 수집하며, 이때 마커(50)의 중심점을 마커(50)의 위치로 판단하여 마커(50)의 실시간 위치를 수집할 수 있다.
그리고, 트래킹부(120)는 칼만 필터를 이용하여 센싱 정보에 포함된 측정 대상자의 호흡 모션에 따른 노이즈를 제거할 수 있다. 구체적으로, 트래킹부(120)는 마커(50)의 실시간 위치에 칼만 필터를 적용하여 노이즈를 제거한다. 또한 트래킹부(120)는 기 저장된 파라미터로부터 노이즈의 정도 또는 호흡깊이의 평균에 대응하는 파라미터를 선택하여 칼만 필터의 파라미터를 선정할 수 있다.
다음으로, 연산부(130)는 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산한다. 예를 들어 연산부(130)는 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)를 이용하여 마커(50)의 실시간 위치들로부터 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산할 수 있다. 여기서, 호흡 모션 방향 축이란 측정 대상자가 호흡을 하는 경우 마커(50)가 움직이는 방향 축을 의미한다.
또한, 연산부(130)는 호흡 모션 방향 축에 마커(50)의 실시간 위치를 투영하여 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 연산하고, 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점에 해당하는 프로젝션 포인트와 및 양측 종단점의 중간지점을 추출한다.
그러면, 연산부(130)는 복수의 프로젝션 포인트, 양측 종단점 및 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정 대상자의 호흡깊이를 연산한다. 이때 호흡 깊이는 프로젝션 포인트와 중간지점 사이의 거리를 의미하며, 프로젝션 포인트는 복수이므로 각각의 프로젝션 포인트에 대응하여 복수의 호흡깊이가 연산된다.
또한, 양측 종단점은 지면으로부터 가장 가까운 거리에 위치한 최소점과 지면으로부터 가장 먼 거리에 위치한 최대점을 포함하며, 연산부(130)는 프로젝션 포인트가 최소점과 중간지점 사이에 위치한 경우와 최대점과 중간지점 사이에 위치한 경우, 각기 다른 부호를 가지도록 하여 호흡깊이를 연산할 수 있다.
다음으로, 출력부(140)는 호흡깊이를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력한다. 구체적으로 출력부(140)는 X축을 시간축으로 하고 Y축을 호흡깊이로 하는 2차원 좌표상에 호흡 모션 그래프를 생성하여 출력할 수 있다. 또한, 출력부(140)는 판단부(150)의 호흡 모니터링 상황 판단 결과에 대응하는 호흡 측정 상황 그래프를 생성하여 출력할 수 있다.
다음으로, 판단부(150)는 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단한다. 구체적으로 판단부(150)는 마커(50)의 탐지 여부, 호흡깊이, 마커(50)의 실시간 위치 및 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단한다. 이때, 호흡 모니터링 상황은 준비단계, 정상모션, 호흡중지, 일시적 가림, 측정불가 및 갑작스런 움직임 등을 포함할 수 있다.
그리고, 판단부(150)는 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하고, 플레이트(52)에 수직하고 마커(50)의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하여 단위 벡터와 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정할 수 있다. 또한, 측정된 거리 및 각도가 각각의 임계값보다 큰 경우 호흡 모니터링을 정지하거나 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 11을 통해 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 장치를 이용한 호흡 모니터링 방법에 대하여 살펴본다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 방법의 순서도이다.
먼저, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치(200)로부터 센싱 정보를 입력받아, 마커(50)를 탐지하고, 마커(50)의 실시간 위치를 획득한다(S410). 이때, 센싱 정보는 센서 장치(200)가 측정 대상자를 측정한 정보로서, 컬러 이미지 정보, 적외선 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
그리고 호흡 모니터링 장치(100)는 칼만 필터를 이용하여 센싱 정보에 포함된 측정 대상자의 호흡 모션에 따른 노이즈를 제거할 수 있다. 구체적으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 실시간 위치에 칼만 필터를 적용하여 노이즈를 제거한다. 또한, 호흡 모니터링 장치(100)는 기 저장된 파라미터로부터 노이즈의 정도 또는 호흡깊이의 평균에 대응하는 파라미터를 선택하여 칼만 필터의 파라미터를 선정할 수 있다.
그러면 도 5 내지 도 7을 통해 S410 단계에 대하여 구체적으로 살펴본다. 도 5은 본 발명의 실시예에 따른 S410단계의 순서도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패시브 마커 후보 영역 검출 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플레이트 후보 영역 및 마커 탐지 과정을 설명하기 위한 도면이다.
호흡 모니터링 장치(100)는 센싱 정보 및 기 저장된 마커(50)의 형상 정보를 이용하여 패시브 마커(51)의 후보 영역 및 플레이트(52)의 후보 영역을 검출한다(S412). 이때, 마커(50)의 형상 정보는 패시브 마커(51) 및 플레이트(52)의 형태, 크기, 색상 정보 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
우선, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치(200)로부터 입력받은 센싱 정보 중 적외선 이미지 정보를 이용하여 패시브 마커(51)의 후보 영역을 검출한다. 구체적으로 호흡 모니터링 장치(100)는 도 6의 (A)와 같이 적외선 이미지를 임계값을 이용하여 필터링한다. 즉, 적외선 이미지 내에서 임계값보다 밝게 측정되는 부분을 필터링하여 표시한다.
그리고, 호흡 모니터링 장치(100)는 도 6의 (B)와 같이 필터링된 영역으로부터 기 저장된 패시브 마커(51)의 형상 정보에 대응하는 영역을 선택하여 패시브 마커(51)의 후보 영역을 검출한다. 이때 패시브 마커(51)의 후보 영역은 복수일 수 있다.
그러면, 호흡 모니터링 장치(100)는 센서 장치로부터 입력받은 센싱 정보 중 컬러 이미지 정보를 이용하여 플레이트(52)의 후보 영역을 검출한다. 구체적으로 호흡 모니터링 장치(100)는 도 7의 (A)와 같이 컬러 이미지로부터 기 저장된 플레이트(52)의 색상 정보에 대응하는 영역을 검출할 수 있다. 또한, 깊이 정보를 이용하여 이미지에 나타난 객체의 크기 및 형태를 획득한 후, 이로부터 기 저장된 플레이트(52)의 크기 및 형태 정보에 대응하는 영역을 검출할 수 있다. 그리고 호흡 모니터링 장치(100)는 검출된 플레이트(52)의 색상 정보에 대응하는 영역 및 검출된 플레이트(52)의 크기 및 형태 정보에 대응하는 영역을 매칭하여 플레이트(52)의 후보 영역을 검출한다. 이때 플레이트(52)의 후보 영역은 복수일 수 있다.
그러면, 호흡 모니터링 장치(100)는 패시브 마커(51) 후보 영역과 플레이트(52) 후보 영역을 매칭하여 마커(50)를 탐지한다(S414).
구체적으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 패시브 마커(51) 후보 영역과 플레이트(52) 후보 영역을 매칭하여 도 6의 (B)와 같이 패시브 마커(52) 후보 영역과 플레이트(52) 후보 영역이 겹치는 영역을 마커(50)로 탐지한다.
마커를 탐지한 후, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 위치를 실시간으로 획득한다. 이때 호흡 모니터링 장치(100)는 탐지된 마커(50)의 중심점을 마커(50)의 위치로 판단하여 마커(50)의 실시간 위치를 획득할 수 있다.
S410 단계에서 마커(50)의 실시간 위치를 획득한 다음, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산한다(S420). 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모션 방향 축 연산 과정을 설명하기 위한 도면으로, 이하에서는 도 8을 통해 호흡 모션 방향 축 연산 과정을 살펴본다.
먼저, 호흡 모니터링 장치(100)는 도 8의 (A)와 같이 획득된 마커(50)의 실시간 위치를 분석하여 도 8의 (B)와 같이 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산한다.
이때, 측정 대상자의 호흡 모션 방향 축을 연산하기 위해, 호흡 모니터링 장치(100)는 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA)을 이용하여 마커(50)의 실시간 위치로부터 호흡 모션 방향 축을 연산한다. 또한, 호흡 모니터링 장치(100)는 기 설정된 시간동안 획득한 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산할 수 있으며, 이때, 호흡 모션 방향 축과 기 설정된 시간동안 획득된 마커(50)의 실시간 위치들의 거리의 평균이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 기 설정된 시간동안 마커(50)의 실시간 위치를 재수집하고 호흡 모션 방향축을 재연산할 수 있다.
그러면, 호흡모니터링 장치(100)는 호흡 모션 방향 축에 마커(50)의 실시간 위치를 투영하여 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출한다(S430). 도 9은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 포인트 연산 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 이하에서는 도 9를 통해 프로젝션 포인트 연산 과정을 살펴본다. 도 9에서는 설명의 편의상 5개의 실시간 마커(50) 위치를 이용하여 5개의 프로젝션 포인트를 추출하는 것으로 가정한다.
도 9에 나타난 바와 같이, 중간의 세로 직선은 호흡 모션 방향 축을 의미하고, 호흡 모션 방향 축 외곽의 점은 마커(50)의 실시간 위치를 의미하며, 축 위에 있는 점은 마커(50)의 실시간 3차원 위치가 투영된 프로젝션 포인트를 의미한다. 즉 호흡 모니터링 장치(100)는 도 9와 같이 호흡 모션 방향 축에 실시간 마커(50) 위치를 수직으로 투영하여 복수의 프로젝션 포인트를 추출한다.
그리고, 호흡 모니터링 장치(100)는 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점 및 양측 종단점의 중간지점을 추출한다(S440). 도 8에 나타난 바와 같이, 양측 종단점(MAX, MIN)은 지면으로부터 가장 가까운 거리에 위치한 최소점(MIN)과 지면으로부터 가장 먼 거리에 위치한 최대점(MAX)을 포함한다. 즉, 호흡 모니터링 장치(100)는 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점에 해당하는 프로젝션 포인트(MAX, MIN)와 양측 종단점의 가운데 지점인 중간지점(MID)을 추출한다.
본 발명의 실시예에 따르면 호흡 모니터링 장치(100)는 기 설정된 시간 동안 획득한 마커(50)의 실시간 위치를 이용하여 양측 종단점(MAX, MIN) 및 양측 종단점의 중간지점(MID)을 추출할 수 있으며, 이때 호흡 모션 방향 축을 연산하는데 이용된 마커의 실시간 위치가 이용될 수 있다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 프로젝션 포인트, 양측 종단점 및 중간지점을 이용하여 측정 대상자의 호흡깊이를 연산한다(S450).
호흡깊이를 연산하는 과정을 구체적으로 살펴보면, 호흡 모니터링 장치(100)는 중간지점(MID)으로부터 현재 시점에서의 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡깊이로 판단하여 연산할 수 있으며, 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최대점(MAX) 사이에 있는 경우와 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최소점(MIN) 사이에 있는 경우의 부호를 달리하여 호흡깊이를 연산할 수 있다.
예를 들어, 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최대점(MAX) 사이에 있는 경우, 프로젝션 포인트와 중간지점(MID) 사이의 거리를 4라고 한다면, 호흡깊이는 4가 된다. 하지만 프로젝션 포인트가 중간지점(MID)과 최소지점(MIN) 사이에 있는 경우, 프로젝션 포인트와 중간지점(MID) 사이의 거리를 3이라 한다면, 호흡깊이는 -3이 된다.
그리고, 호흡 모니터링 장치(100)는 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단할 수 있다(S460). 구체적으로, 호흡 모니터링 장치는 마커(50)의 탐지 여부, 호흡깊이, 마커(50)의 실시간 위치 및 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 호흡 모니터링 상황을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 호흡 모니터링 상황은 준비 단계(Initialization), 정상 모션(Normal), 호흡중지(Breath-Hold), 일시적 가림(Hiding), 측정불가(Undetected) 및 갑작스런 움직임(Moving)을 포함할 수 있다.
각 호흡 모니터링 상황의 판단 방법에 대하여 구체적으로 살펴보면, 우선, 준비단계는 호흡 모니터링 장치(100)가 S410 내지 S440단계를 수행하고 있는 경우로서, 호흡 모니터링 장치(100)는 S410 내지 S440 단계를 수행 중으로 판단되면 호흡 모니터링 상황을 준비단계로 판단할 수 있다.
다음으로, 정상 모션은 측정 대상자의 마커 탐지, 트래킹 및 호흡 깊이 연산 등이 진행되어 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과가 출력되고 있는 경우로서, 예를 들어 호흡 모니터링 장치(100)가 마커(50)를 탐지하고 최대 호흡 깊이와 최소 호흡 깊이의 차이가 기 설정된 값보다 높은 상황에서 호흡 깊이를 연산하여 호흡 모니터링 결과를 출력하고 있다면 호흡 모니터링 상황을 정상 모션으로 판단할 수 있다.
그리고, 호흡중지는 측정 대상자가 호흡을 멈추고 있는 경우로서, 예를 들어 실시간 호흡깊이가 싸인파형으로 나타나는 경우, 한 주기의 호흡깊이 중 최대 호흡 깊이와 최소 호흡 깊이의 차이가 기 설정된 값보다 작거나 같은 경우 호흡 모니터링 장치는 호흡 모니터링 상황을 호흡중지로 판단할 수 있다.
다음으로, 일시적 가림은 측정 대상자와 측정 장치 사이에 제 3의 물체가 일시적으로 존재하는 경우로서, 마커(50)가 탐지되는 않는 상황에서 센싱 정보를 통해 제3의 물체가 감지된다면 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 일시적 가림으로 판단할 수 있다.
그리고, 측정불가는 마커(50)가 탐지되지 않아 호흡 모니터링이 진행될 수 없는 경우로서, 마커(50)가 탐지되지 않으면서 센싱 정보를 통해 제3의 물체가 감지되지 않는다면 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 측정불가로 판단할 수 있다.
다음으로, 갑작스런 움직임은 마커(50)를 부착한 환자가 급작스럽게 움직이는 경우를 의미하며, 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리 및 마커의 단위 벡터와 호흡 모션 방향 축 사이의 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 갑작스런 움직임으로 판단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 상황 판단 과정의 순서도이며, 이하에서는 도 10을 통해 호흡 모니터링 상황을 갑작스런 움직임으로 판단하는 과정에 대하여 구체적으로 살펴본다.
먼저, 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리를 측정한다(S462). 여기서, 호흡 모션 방향 축과 마커(50)의 실시간 위치 사이의 거리는 마커(50)의 실시간 위치로부터 호흡 모션 방향 축을 향한 수선의 길이가 된다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 마커(50)의 플레이트(52)에 수직하고 마커(50)의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 단위 벡터와 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정한다(S464).
그러면, 호흡 모니터링 장치(100)는 S462에서 측정된 거리와 S464에서 측정된 각도를 각각의 임계값과 비교하여 호흡 모니터링 상황을 판단한다(S466). 구체적으로 S462에서 측정된 거리와 S464에서 측정된 각도 중 적어도 어느 하나가 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링 상황을 갑작스런 움직임으로 판단한다. 그리고 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡 모니터링을 정지하거나 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 한다. 즉 호흡 모니터링 장치(100)는 S420단계부터 다시 호흡 모니터링을 진행하게 된다.
다음으로, 호흡 모니터링 장치(100)는 호흡깊이를 이용하여 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력한다(S470). 여기서 호흡 모니터링 결과는 X축을 시간축으로 하고 Y축을 호흡깊이로 하는 호흡 모션 그래프를 포함하며, 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 호흡 모니터링 결과 출력을 나타낸 도면이다. 도 11의 (A) 및 (B)에서 보는 바와 같이 3개의 원도우를 포함할 수 있으며, (1)번 윈도우는 센싱정보를 이용하여 촬영 영상을 출력한 것이고, (2)번 윈도우는 마커(50), 호흡 모션 방향축 및 단위 벡터를 출력한 것이고, (3)번 윈도우는 호흡 모니터링 결과를 출력한 것으로, (3)번 윈도우의 상단은 호흡 모션 그래프를 의미하고 하단은 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 의미한다.
먼저, 도 11의 (A)의 하단을 살펴보면, 좌측, 중간, 우측은 각각 호흡중지, 정상모션, 준비단계의 호흡 모션 그래프 및 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 나타낸다.
그리고 도 11의 (B)의 하단을 살펴보면, 좌측, 중간, 우측은 각각 일시적 가림, 정상 모션, 준비단계의 호흡 모션 그래프 및 호흡 모니터링 상황 판단 결과를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저가의 멀티 센서를 이용할 수 있어 비용이 저렴하고, 비침습적(non-invasive)이며 휴대성이 높다. 또한 패시브 마커와 색상이 있는 플레이트를 포함하는 마커를 이용하여 호흡 모션의 트래킹이 정확히 이루어지며, 다양한 호흡 모션 측정 상황의 분류가 가능하고, 환자의 갑작스런 움직임이 있더라도 이후 호흡 모션을 자동으로 재측정이 가능하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 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.

Claims (14)

  1. 호흡 모니터링 장치를 이용하는 호흡 모니터링 방법에 있어서,
    센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받아, 측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 단계,
    상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하는 단계,
    상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계, 그리고
    상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마커는,
    패시브 마커(Passive Marker)와 플레이트(Plate)를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마커의 실시간 위치를 수집하는 단계는,
    상기 센싱 정보 및 기 저장된 상기 마커의 형상 정보를 이용하여 상기 패시브 마커의 후보 영역 및 상기 플레이트의 후보 영역을 검출하는 단계, 그리고
    상기 패시브 마커의 후보 영역과 상기 플레이트의 후보 영역을 매칭하여 상기 마커를 탐지하는 단계를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 정보는,
    컬러 이미지 정보, 적외선(IR) 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 단계는,
    상기 중간지점으로부터 상기 복수의 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡 깊이로 판단하여 연산하는 호흡 모니터링 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 마커의 탐지 여부, 상기 호흡깊이, 상기 마커의 실시간 위치 및 상기 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계를 더 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 호흡 모니터링 상황을 판단하는 단계는,
    상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하는 단계,
    상기 플레이트에 수직하고 상기 마커의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 상기 단위 벡터와 상기 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정하는 단계, 그리고
    상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 위치들 사이의 거리 또는 상기 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링을 정지하거나 상기 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단하는 단계를 포함하는 호흡 모니터링 방법.
  8. 센서 장치로부터 센싱 정보를 입력받는 입력부,
    측정 대상자의 신체에 부착된 마커를 탐지하고, 상기 마커의 실시간 위치를 획득하는 트래킹부,
    상기 마커의 실시간 위치를 이용하여 호흡 모션 방향 축을 연산하고, 상기 호흡 모션 방향 축에 상기 마커의 실시간 위치를 투영하여 상기 마커의 실시간 위치에 대응하는 복수의 프로젝션 포인트를 추출하며, 상기 복수의 프로젝션 포인트 중에서 양측 종단점을 추출하고, 상기 양측 종단점의 중간지점을 추출하며, 상기 프로젝션 포인트, 상기 양측 종단점 및 상기 중간지점 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡깊이를 연산하는 연산부, 그리고
    상기 호흡깊이를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 결과를 생성하여 출력하는 출력부를 포함하는 호흡 모니터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마커는,
    패시브 마커(Passive Marker)와 플레이트(Plate)를 포함하는 호흡 모니터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 트래킹부는,
    상기 센싱 정보 및 기 저장된 상기 마커의 형상 정보를 이용하여 상기 패시브 마커의 후보 영역 및 상기 플레이트의 후보 영역을 검출하고, 상기 패시브 마커의 후보 영역과 상기 플레이트의 후보 영역을 매칭하여 상기 마커를 탐지하는 호흡 모니터링 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 센싱 정보는,
    컬러 이미지 정보, 적외선(IR) 이미지 정보, 거리 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나를 포함하는 호흡 모니터링 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 중간지점으로부터 상기 복수의 프로젝션 포인트까지의 거리를 호흡 깊이로 판단하여 연산하는 호흡 모니터링 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 마커의 탐지 여부, 상기 호흡깊이, 상기 마커의 실시간 위치 및 상기 호흡 모션 방향 축 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 측정 대상자의 호흡 모니터링 상황을 판단하는 판단부를 더 포함하는 호흡 모니터링 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 실시간 위치 사이의 거리를 측정하고, 상기 플레이트에 수직하고 상기 마커의 중심을 통과하는 단위 벡터를 생성하고, 상기 단위 벡터와 상기 호흡 모션 방향 축 사이의 각도를 측정하며, 상기 호흡 모션 방향 축과 상기 마커의 위치들 사이의 거리 또는 상기 각도 중 적어도 어느 하나가 기 설정된 각각의 임계값보다 큰 경우, 호흡 모니터링을 정지하거나 상기 호흡 모션 방향 축을 재연산하도록 판단하는 호흡 모니터링 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114176727A (zh) * 2021-12-10 2022-03-15 南京佗道医疗科技有限公司 一种ct影像中标记呼吸相位点的系统及其使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004049109A2 (en) * 2002-11-25 2004-06-10 Varian Medical Systems Technologies, Inc. Method and system for monitoring breathing activity of a subject
WO2007052755A1 (ja) * 2005-11-04 2007-05-10 Kabushiki Kaisha Toshiba 呼吸モニタリング装置、呼吸モニタリングシステム、医療的処理システム、呼吸モニタリング方法、呼吸モニタリングプログラム
JP2012210232A (ja) * 2009-08-19 2012-11-01 Mitsubishi Electric Corp 放射線治療システム
JP2015523132A (ja) * 2012-06-12 2015-08-13 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ カメラによる生命徴候測定システム
KR20170024196A (ko) * 2015-08-24 2017-03-07 울산대학교 산학협력단 호흡 모니터링 장치 및 그 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004049109A2 (en) * 2002-11-25 2004-06-10 Varian Medical Systems Technologies, Inc. Method and system for monitoring breathing activity of a subject
WO2007052755A1 (ja) * 2005-11-04 2007-05-10 Kabushiki Kaisha Toshiba 呼吸モニタリング装置、呼吸モニタリングシステム、医療的処理システム、呼吸モニタリング方法、呼吸モニタリングプログラム
JP2012210232A (ja) * 2009-08-19 2012-11-01 Mitsubishi Electric Corp 放射線治療システム
JP2015523132A (ja) * 2012-06-12 2015-08-13 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ カメラによる生命徴候測定システム
KR20170024196A (ko) * 2015-08-24 2017-03-07 울산대학교 산학협력단 호흡 모니터링 장치 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114176727A (zh) * 2021-12-10 2022-03-15 南京佗道医疗科技有限公司 一种ct影像中标记呼吸相位点的系统及其使用方法
CN114176727B (zh) * 2021-12-10 2023-08-04 佗道医疗科技有限公司 一种ct影像中标记呼吸相位点的系统及其使用方法

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