심혈관계 질환의 발병 위험요인 분석이 가능한 맥진기는 한방 의료기기에서 대표적인 연구 분야 가운데 하나이다. 그러나 기존의 대부분의 센서 기반의 맥진기는 측정시의 맥박 박동처와 센서부의 접촉상태에 따른 편위, 검출된 파형의 부정확성 및 파형분석의 어려움 등에 있어서 문제점이 발생한다. 따라서 본 논문에는 특성 센서를 사용하지 않고 단지 맥동에 의해서 유발되는 모세관 시험액의 상태 변화를 촬영한 맥동영상을 분석하여 환자의 맥파의 측정이 가능한 맥진기를 제안한다. 제안한 방법에서는 맥동영상 분석을 위한 시약영역 추출, 이진화, 수정된 열림연산, 변위측정 등의 영상처리 방법들이 적용된다. 제안한 맥진기의 성능 평가를 위해서는 추출된 압맥파로부터 맥파분석에 필수적인 5가지 주요 특징점에 대한 추출률을 측정한 결과 성공적인 결과를 보였다.
심혈관계 질환의 발병 위험요인 분석이 가능한 맥진기는 한방 의료기기에서 대표적인 연구 분야 가운데 하나이다. 그러나 기존의 대부분의 센서 기반의 맥진기는 측정시의 맥박 박동처와 센서부의 접촉상태에 따른 편위, 검출된 파형의 부정확성 및 파형분석의 어려움 등에 있어서 문제점이 발생한다. 따라서 본 논문에는 특성 센서를 사용하지 않고 단지 맥동에 의해서 유발되는 모세관 시험액의 상태 변화를 촬영한 맥동영상을 분석하여 환자의 맥파의 측정이 가능한 맥진기를 제안한다. 제안한 방법에서는 맥동영상 분석을 위한 시약영역 추출, 이진화, 수정된 열림연산, 변위측정 등의 영상처리 방법들이 적용된다. 제안한 맥진기의 성능 평가를 위해서는 추출된 압맥파로부터 맥파분석에 필수적인 5가지 주요 특징점에 대한 추출률을 측정한 결과 성공적인 결과를 보였다.
The pulsimeter is a representative device in the oriental medicine, which can analysis a risk factor in a cardiovascular diseases. However, most of the previous methods have the limit by the contacted sate of the brachial pulse and sensor in the measuring time, the inaccuracy of detected pulse, and ...
The pulsimeter is a representative device in the oriental medicine, which can analysis a risk factor in a cardiovascular diseases. However, most of the previous methods have the limit by the contacted sate of the brachial pulse and sensor in the measuring time, the inaccuracy of detected pulse, and the difficulty of pulse analysis. Accordingly, we propose the moving pulse image analysis based pulsimeter that can acquire a pulse of patient in real time by analyzing a moving image. then this video is shot the state change of the T.S. occurred by a pulse in capillary. In order to evaluate the performance of the our pulsimeter, we measured a respective detecting-rate about the essential 5 feature-points in the pulse analysis from the detected original pulse. As a result, the proposed method is very successful.
The pulsimeter is a representative device in the oriental medicine, which can analysis a risk factor in a cardiovascular diseases. However, most of the previous methods have the limit by the contacted sate of the brachial pulse and sensor in the measuring time, the inaccuracy of detected pulse, and the difficulty of pulse analysis. Accordingly, we propose the moving pulse image analysis based pulsimeter that can acquire a pulse of patient in real time by analyzing a moving image. then this video is shot the state change of the T.S. occurred by a pulse in capillary. In order to evaluate the performance of the our pulsimeter, we measured a respective detecting-rate about the essential 5 feature-points in the pulse analysis from the detected original pulse. As a result, the proposed method is very successful.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 기존의 문제점을 해결하기 위하여 맥동에 따른 모세관(Capillary Tube) 시험액의 상태를 촬영한 맥동영상을 분석하여, 개인의 주관적, 경험적 판단에 따른 맥진을 보다 객관적이고 정확한 맥진 정보와 표준화된 맥진 측정 정보의 제공이 가능한 맥진기를 제안한다.
본 논문에서는 기존의 맥진기의 한계점을 해결할 수 있는 맥동 영상 분석 기반의 맥진기를 제작하고 소프트웨어적으로 측정된 맥파의 유효성을 검사하였다.
제안 방법
제안하는 맥파 측정 시스템은 그림 1과 같이 맥동파 영상의 촬영을 위한 자체 개발한 맥파 획득 장치와 맥파 분석을 위한 맥파 측정 모듈, 그리고 측정된 맥파의 가시화를 위한 사용자 모티터링 부분의 세 부분으로 구성된다.
본 논문에서 제작한 맥진기는 손목 안쪽의 요골 동맥을 촉진하기 위하여 맥동 측정 부위에 인접한 모세관의 시험에 상태 변화를 촬영하는 맥동측정부와 맥동에 따른 시험액의 상태 변화를 촬영한 영상으로부터 맥동의 변위를 분석하는 맥동영상 분석 소프트웨어로 구성된다.
모세관 맥동을 촬영하기 위해서는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 밀착형 이미지 센서(CIS : Contact Image Sensor)의 촬상소자로 구성된 소형 카메라를 사용하며, 주변 광도에 따른 촬영 영상의 훼손 방지를 위해서 카메라 양측에 LED 광원을 설치하여 주변 광도를 조절한다.
그러나 이 과정에서 모세관 자체의 반사광이나 모세관 내부 시약의 점성에 의한 유착된 시약 영역에 의해서 획득된 영상에 잡음이 발생하게 된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 영상 잡음의 해결을 위해서 수리형태론에 근거한 수정된 열림 연산(Modified Opening Operation)을 모세관 영역에 적용하여 완전한 시약영역을 획득한다.
본 논문에서 제안하는 수정된 열림 연산은 잡음 제거를 목적으로 아래 식 (2)과 같은 수리형태론의 열림 연산을 획득된 맥동 ROI에 적용한다[4].
이러한 오류 부분은 맥파 변위 측정에 있어서 화소의 값으로 반영되지 않기 때문에 오차를 발생한다. 따라서 본 논문에서는 모세관 시약 영역의 홀 부분을 제거하기 위하여 아래식 (3)와 같이 반복적 불림 연산을 적용하는 수정된 열림 연산을 적용한다.
본 논문에서 제작한 맥동 영상 기반 맥파 측정 시스템의 성능 평가를 위해서 윈도우 7 환경에서 Intel社의 컴퓨터비전 라이브러리인 OpenCV 1.0[5]과 마이크로소프트社의 MFC 라이브러리를 기반으로 C++ 언어를 이용하여 맥파 모니터링 프로그램을 구현하였다. 이때 모세관 시약으로는 일반적인 적색물감을 사용하였으며, 시약의 변화를 촬영하는 센서로는 초당 30 프레임의 성능을 가진 웹켐을 사용하였다.
측정된 맥파의 유효성 검사를 위해서 20대 초반에서 30대 초반까지의 성인을 대상으로 그림 8에 나타낸 봐와 같이 일반적 압맥파에서 맥진의 초기 진단에 지표가 되는 주요 특징점 5가지에 대한 각각의 추출률을 분석하였다.
본 논문에서 제안한 맥진기는 맥동에 따른 모세관 시험액의 상태를 촬상한 맥동영상을 컴퓨터를 이용하여 가시화함으로써 맥진에서 한의사 개인의 주관적, 경험적 판단에 따른 진료를 보다 객관적이고 정확한 맥진 정보와 표준화된 맥진 진단 정보의 제공이 가능하다.
대상 데이터
0[5]과 마이크로소프트社의 MFC 라이브러리를 기반으로 C++ 언어를 이용하여 맥파 모니터링 프로그램을 구현하였다. 이때 모세관 시약으로는 일반적인 적색물감을 사용하였으며, 시약의 변화를 촬영하는 센서로는 초당 30 프레임의 성능을 가진 웹켐을 사용하였다.
성능/효과
실험 결과 T점과 C을 제외한 S, P, D의 특징점은 97% 이상의 추출률을 보였다. T점과 C점의 낮은 추출률의 원인은 맥파의 측정에 있어서 본 논문에서 제안한 맥동 영상 기반의 방법은 연속적으로 제시되는 맥파의 변위 영상의 획득이 입력 장치인 카메라의 성능에 의존적이기 때문이다.
그러나 상대적으로 낮은 추출률을 보인 T와 C 특징점은 일반적으로 말초 혈액 순환을 평가하기 위해서 최적의 지표로 많이 사용되는 이차미분맥파(SDPTG; Second Derivation Photoplethymogram) 분석을 통해서 잘 나타날 수 있다. 따라서 본 논문에서 제작한 맥동 영상 분석 기반의 맥파 측정기에 의해서 측정된 맥파는 실제 맥진을 위해서 유효한 데이터라고 할 수 있다.
후속연구
제안한 맥파 측정 시스템은 모세관 시약의 점성과 변위 측정을 위한 촬상 소자의 성능 개선의 문제점은 있지만, 실제 임상의 진단을 위한 맥파 특징점의 자동 추출기능과 진단 정보의 수치화 기능이 추가된다면, 한방 진료에 있어서 컴퓨터 기반의 맥진기로서의 큰 유효성을 지닌다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존의 대부분의 센서 기반의 맥진기의 문제점은 무엇인가?
심혈관계 질환의 발병 위험요인 분석이 가능한 맥진기는 한방 의료기기에서 대표적인 연구 분야 가운데 하나이다. 그러나 기존의 대부분의 센서 기반의 맥진기는 측정시의 맥박 박동처와 센서부의 접촉상태에 따른 편위, 검출된 파형의 부정확성 및 파형분석의 어려움 등에 있어서 문제점이 발생한다. 따라서 본 논문에는 특성 센서를 사용하지 않고 단지 맥동에 의해서 유발되는 모세관 시험액의 상태 변화를 촬영한 맥동영상을 분석하여 환자의 맥파의 측정이 가능한 맥진기를 제안한다.
시약 영역 추출은 간단한 영상의 클리핑 작업으로 가능한 이유는?
시약 영역을 관심 영역(ROI; Region Of Interest)으로 분리하는 이유는 실제 맥파 분석에 사용되는 부분은 시약의 변위에 따라 결과 값이 영향을 받기 때문에 그 이외의 영상 영역은 무의미한 배경 영역으로 제거함으로써 영상 분석에 있어서 처리속도의 증가와 맥파 측정의 정확도를 높이는 데에 효과적이다. 이러한 모세관 시약 영역의 추출 작업은 모세관 영상이 정형화된 맥동 영상 측정 시스템의 촬영 조건으로 획득 가능하기 때문에 간단한 영상의 클리핑 작업으로 수행 가능하다.
시약 영역을 관심 영역으로 분리하는 이유는?
시약 영역을 관심 영역(ROI; Region Of Interest)으로 분리하는 이유는 실제 맥파 분석에 사용되는 부분은 시약의 변위에 따라 결과 값이 영향을 받기 때문에 그 이외의 영상 영역은 무의미한 배경 영역으로 제거함으로써 영상 분석에 있어서 처리속도의 증가와 맥파 측정의 정확도를 높이는 데에 효과적이다. 이러한 모세관 시약 영역의 추출 작업은 모세관 영상이 정형화된 맥동 영상 측정 시스템의 촬영 조건으로 획득 가능하기 때문에 간단한 영상의 클리핑 작업으로 수행 가능하다.
참고문헌 (11)
Chowienczyk PJ, Kelly RP, MacCallum H, etc., "Photoplethysmographic assessment of pulse wave reflection: blunted response to endothelium -dependent beta2-adrenergic vasodilation in type II diabetes mellitus", J. Am Coll. Cardiol. Vol. 34, pp. 2007-2014, 1999.
Takazawa K, Tanaka N, Fujita M, Matsuoka O, Saiki T, Aikawa M, Tamura S, Ibukiyama C., "Assessment of vasoactive agents and vascular aging by the second derivative of photoplethysmogram waveform", J. Hypertension, Vol. 32, pp. 365-370, 1998.
Millasseau SC, Ritter JM, Takazawa K, Chowienczyk PJ. "Contour analysis of the photoplethysmographic pulse measured at the finger", J. Hypertension, Vol. 24, pp. 1449-1456, 2006.
Intel. Open source computer vision library: Reference manual. 2001.
Wilkinson, Ian B., Fuchs, Sabine A. et al., "Reproducibility of pulse wave velocity and augmentation index measured by pulse wave analysis", J. Hypertension, Vol. 16(12), pp. 2079-2084, 1998.
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