[논문]A Study on Digital Healthcare Optometry System Using Optometry DB

Kim, Do-Yeon; Jung, Jin-Young; Kim, Yong-Man; Park, Koo-Rack

doi:10.9708/jksci.2021.26.09.155

A Study on Digital Healthcare Optometry System Using Optometry DB 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.26 no.9, 2021년, pp.155 - 166

Kim, Do-Yeon (Dept. of Computer Engineering, Kongju National University) , Jung, Jin-Young (Dept. of Health and IT convergence, Daejeon Health Institute of Technology) , Kim, Yong-Man (MATICS Inc.) , Park, Koo-Rack (Dept. of Computer Science & Engineering, Kongju National University)

초록
AI-Helper

최근 디지털헬스케어 기술이 여러 분야로 전파되며 발전하고 있다. 그래서 본 논문에서는 비교적 디지털 헬스케어 기술이 적용되지 않은 분야가 검안분야라고 파악하여 정밀한 렌즈 제작을 위한 디지털 헬스케어 검안시스템을 구현했다. 렌즈를 제작하기 위해서는 프롭터란 기기가 사용되며 이 기기는 안경을 의뢰한 피측정인의 시력을 측정하여 렌즈를 세팅해 준다. 그리고 피측정인이 안경 착용시 동공중심과 렌즈초점을 맞추기 위해 PD미터란 기기를 사용한다. 그러나 PD 측정 오차, 프롭터 수동제어로 인한 불편함 및 오차, 검안 정보를 축적하고 분석할 수 있는 데이터베이스와 프로그램의 부재로 정밀한 렌즈 제작 및 검안 편의성에 한계가 있다. 그래서 본 논문에서는 보다 정확한 PD 측정을 위한 PD미터 설계, 프롭터 자동제어를 위한 프롭터 설계, 프롬터 제어 어플리케이션 설계, 피측정인별 검안정보를 활용해 렌즈를 자동 세팅해 주는 데이터베이스와 분석 프로그램 설계를 통해 최종적으로 검안 데이터베이스를 활용한 디지털 헬스케어 검안기 시스템을 구현했다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, digital health care technology is spreading and developing in various fields. Therefore, in this paper, we realized that the field to which digital healthcare technology is not applied is the field of optometry, and implemented a digital healthcare optometry system for precise lens manufacturing. A device called Phoroptor is used to manufacture the lens, and this device sets the lens by measuring the visual acuity of the person who requested the glasses. And when the person to be measured wears glasses, a device called a PD meter is used to align the pupil center and lens focus. However, there is a limit to the convenience of precise lens production and optometry due to the absence of a database and program that can accumulate and analyze the PD measurement error, inconvenience and error due to manual control of the Phoroptor, and optometric information. Therefore, in this paper, PD meter design for more accurate PD measurement, Phoroptor design and Phoroptor control application design for automatic Phoroptor control, and a database and analysis program that automatically set lenses using optometry information for each subject had been designed. Based on this, ultimately, a digital healthcare optometry system using an optometry database has been implemented.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. Propter internal structure
그림 Fig. 2. App menu function for optometric control
그림 Fig. 3. Analysis result after reinforcement
그림 Fig. 4. Power calculation of compound lenses
그림 Fig. 5. actual measurement graph
그림 Fig. 6. PD unit design data
그림 Fig. 7. Disk implementation picture
그림 Fig. 8. Disc assembly design front and side data
그림 Fig. 9. Lens unit assembly design front and rear data
그림 Fig. 10. Lens unit motor control source
그림 Fig. 11. Initial UI design
그림 Fig. 12. Data/Guide pop-up screen
그림 Fig. 13. Change UI design
그림 Fig. 14. Optometry information internal database
그림 Fig. 15. National eyesight statistics database
그림 Fig. 16. Vision Analysis and Prediction Source
그림 Fig. 17. Application for final implementation control
표 Table 1. Predictive vision formula
표 Table 2. Lens power-naked vision correction table

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 정보통신기술이 비교적 융합되지 않은 검안 분야의 진단의료기기인 검안기의 편의성 및 정밀도향상을 위한 디지털 헬스케어 검안기 시스템을 구현했다.

제안 방법

그 다음으로 모터제어를 위한 Body Firmware를 설계 및 구현하여 MCU에 설치하였다. 그 다음 검안기 제어를 위한 안드로이드용 어플리케이션을 자바 JDK(java Development Kit), 안드로이드 스튜디오 IDE 및 안드로이드 SDK 및 Postgreaql DB를 사용하여 구현했다. 위의 구현한 시스템의 구동 프로세스는 다음과 같다.
다음으로 렌즈파워와 PD 유닛을 설계 및 구현하고 각각 6개의 렌즈 유닛을 가지는 렌즈디스크 설계 및 구현했다. 다음으로 렌즈디스크의 회전구동을 위한 모터 조립체인 모터 브라켓과 모터브라켓과 디스크유닛의 조립체인 렌즈 유닛을 설계 및 구현했다. 마지막 단계로 PD 유닛과 좌우 렌즈 유닛의 결합으로 바디 조립체를 구현하고 PD 측정창과 코 받침을 조합하여 설계 및 구현하다.
또한 측정된 정보가 있는 피측정인의 경우 내부 데이터베이스를 활용 측정된 정보가 없는 피측정인의 경우 국가 시력통계 데이터베이스를 활용 분석하여 그 정보를 바탕으로 피측정인의 시력에 근사한 시력정보를 예측하는 시스템을 설계 및 구현하였으며, 마지막으로 프롭터 및 시력예측 시스템을 제어 할 수 있고 예측 시력의 정보를 바탕으로 렌즈를 자동으로 세팅해 줄 수 있는 검안용 제어기를 안드로이드용 어플리케이션으로 설계 및 구현한다.
렌즈유닛이 내부에서 구동하도록 프롭터를 설계하여 프롭터의 움직임에 의한 측정인의 불편을 최소화하도록 구현함과 동시에 단안PD 측정의 오차를 최소화 할 수 있는 단안 PD 측정기를 설계 및 구현한다.
모터의 정밀한 위치결정의 위해 브라켓을 다이캐스팅으로 설계하였다. 모터와 렌즈 디스크 사이에서 동력전달을 하는 아이들 기어의 소음을 방지하기 위해 아이들 기어의 재질을 탄성이 좋은 PE(Polyethylene) 레진을 사용하였고, 기어 흔들림 및 진동 방지를 위해 End Stopper를 탄성 고무링으로 설계 및 구현했다.
소프트웨어 및 소프트웨어 관련 하드웨어는 먼저 프롭터 제어 및 통신을 위한 H/W로 MCU, 스텝 모터 드라이버 IC는 통신모듈, 무선 Blue Tooth 모듈로 하드웨어를 구성했다. 모터제어를 위한 Body Firmware를 구현하여 프롭터 MCU에 설치하고 프롭터 제어를 위한 안드로이드용 어플리케이션을 구현했다. 위에서 구현한 시스템의 구동 프로세스를 요약하면 다음과 같다.
본 논문에서는 축적된 내부 데이터베이스를 바탕으로 기존 측정인의 정보를 분석하거나 국가시력통계 데이터베이스를 바탕으로 정보가 없는 측정인의 시력을 예측하고 렌즈를 자동 세팅해 주는 시스템과 단안PD 측정의 오차를 줄일 수 있는 시스템을 설계 및 구현했다. 그리고 위에서 언급한 시스템을 제어 할 수 있는 안드로이드용 어플리케이션을 구현했다.
본 눈문에서는 의료분야의 한 분야인 검안분야의 진단 의료기기인 검안기에 정보통신기술을 융합한 검안기를 설계하여 검안 측정이 정확하고 정밀하며 사용하기 편리한 측정 정밀도 향상 디지털 헬스케어 검안기를 구현하였다.
본 시스템의 하드웨어는 렌즈파워, PD 유닛, 6개의 렌즈 유닛을 가지는 각각의 렌즈디스크, 그리고 모터 브라켓과 렌즈 유닛을 구현하고 위에서 구현한 각 부분과 PD 유닛에 PD 측정창과 코받침 부분을 추가하고 전체를 어셈블리하여 바디를 구현했다. 소프트웨어 및 소프트웨어 관련 하드웨어는 먼저 프롭터 제어 및 통신을 위한 H/W로 MCU, 스텝 모터 드라이버 IC는 통신모듈, 무선 Blue Tooth 모듈로 하드웨어를 구성했다.
본 시스템의 하드웨어는 렌즈파워, PD 유닛, 6개의 렌즈 유닛을 가지는 각각의 렌즈디스크, 그리고 모터 브라켓과 렌즈 유닛을 구현하고 위에서 구현한 각 부분과 PD 유닛에 PD 측정창과 코받침 부분을 추가하고 전체를 어셈블리하여 바디를 구현했다. 소프트웨어 및 소프트웨어 관련 하드웨어는 먼저 프롭터 제어 및 통신을 위한 H/W로 MCU, 스텝 모터 드라이버 IC는 통신모듈, 무선 Blue Tooth 모듈로 하드웨어를 구성했다. 모터제어를 위한 Body Firmware를 구현하여 프롭터 MCU에 설치하고 프롭터 제어를 위한 안드로이드용 어플리케이션을 구현했다.

대상 데이터

첫 번째로 검안기 제어 및 통신을 위한 H/W를 기성 제품으로 구성하여 설계 및 구현했다. MCU는 Atmel사의 ATXMEGA128A1 Chip로 구성했으며 스텝모터 드라이버 IC는 Allegro사의 A3983SLPT Chip으로 구성했고 통신 모듈은 유선 RS-485와 무선 Blue Tooth 모듈을 병행하여 구성해 설계 및 구현했다. Body Firmware는 ATXMEGA128A1 Chip에 설치되었으며 렌즈유닛모터 제어는 Fig.
소프트웨어 및 소프트웨어 제어 부품 설계로는 먼저 프롭터 제어 및 통신을 위한 H/W로 MCU, 스텝모터 드라이버 IC는 통신모듈 및 무선 Blue Tooth 모듈을 구성했다. 그 다음으로 모터제어를 위한 Body Firmware를 설계 및 구현하여 MCU에 설치하였다.

이론/모형

검안기 초기 설계모델을 대상으로 기계 구조해석에 쓰이는 대표적인 솔루션인 Solidwordks 유한요소 해석 tool 을 사용하여 구조해석을 했다. 초기모델 해석 결과 고유진동수가 15Hz로 낮게 나왔다.

후속연구

측정 기능을 개선한 프롭터, 시력측정 예측을 위한 모델구현, 프롭터 제어용 어플리케이션이 융합된 본 시스템을 통해 보다 정밀한 렌즈 제작이 가능 할 것이다. 기존 대비 피측정인 측정인의 시간적, 공간적 편의성을 꾀 할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 검안 DB 데이터 테이블 저장 및 분석 알고리즘과 프롭터 제어 알고리즘을 이용하여 보다 정확한 시럭데이터를 추출 할 수 있고 예측할 수 있을 것이고 예측 모델링 자체에 있으서는 자바와 연동해 파이썬, R 등을 활용하여 손쉽게 다른 기능을 확장하고 추가 할 수도 있을 것이다.
기존 대비 피측정인 측정인의 시간적, 공간적 편의성을 꾀 할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 검안 DB 데이터 테이블 저장 및 분석 알고리즘과 프롭터 제어 알고리즘을 이용하여 보다 정확한 시럭데이터를 추출 할 수 있고 예측할 수 있을 것이고 예측 모델링 자체에 있으서는 자바와 연동해 파이썬, R 등을 활용하여 손쉽게 다른 기능을 확장하고 추가 할 수도 있을 것이다.
본 시스템을 통해 기존 검안시스템 대비 시력 예측 바탕의 보다 정밀한 자동렌즈 세팅이 가능하게 되어 측정 인의 정밀한 안경 및 콘텍트렌즈 제작과 피측정인의 검안시스템 사용 편의성을 가져올 것이다.
측정 기능을 개선한 프롭터, 시력측정 예측을 위한 모델구현, 프롭터 제어용 어플리케이션이 융합된 본 시스템을 통해 보다 정밀한 렌즈 제작이 가능 할 것이다. 기존 대비 피측정인 측정인의 시간적, 공간적 편의성을 꾀 할 수 있을 것으로 예상된다.
향후에는 다양한 검안 관련 정보 데이터베이스 및 데이터를 바탕으로 보다 많은 항목을 빅데이터 분석하고 AI 기술을 접목하여 측정인의 시력을 보다 정밀하고 정확하게 예측할 수 있는 점진적인 개선 시스템과 메타버스를 활용한 검안 시스템에 관한 연구가 진행되어야 할 것이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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