본 발명은 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 획득하고, 획득된 반사광을 분석을 통해 지질층의 두께를 결정하고, 결정된 지질층의 두께와 기설정된 기준 지질층의 두께의 비교를 통해 안구건조증을 진단하는 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for diagnosing dry eye by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film, and more specifically, to a device and method for diagnosing dry eye by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film, which comprises obtaining reflected light generated from a light source and reflected from the surface of the eye, analyzing the obtained reflected light to determine the thickness of a lipid layer, and diagnosing dry eye by comparing the determined thickness of the lipid layer with the thickness of a preset reference lipid layer.
안구 건조증이란 눈물이 부족하거나 눈물이 지나치게 증발하거나 눈물 구성성분의 균형이 맞지 않아서, 안구 표면이 손상되고 눈이 시리고 자극감, 이물감, 건조감 같은 자극증상을 느끼게 되는 눈의 질환을 말한다.Dry eye is an eye disease that occurs when the surface of the eye is damaged and the eyes feel sore, irritated, foreign body sensation, and dryness due to insufficient tears, excessive evaporation of tears, or an imbalance in the composition of tears.
눈물막은 점액층, 수성층, 기름층으로 구성되는데 이들 중 하나라도 이상이 생기면 건조증이 발생한다. 기름을 분비하는 마이봄샘의 기능이상이나, 안검염이 원인이 될 수 있다. 또한, 디지털 기기를 장시간 보게 되면 눈을 깜박이는 횟수가 평소보다 3분의 1정도로 줄어들면서 안구건조증이 쉽게 유발될 수 있다. 디지털기기를 오래 시청한 후에 눈이 뻑뻑하거나 이물감이 느껴지고 충혈, 눈부심과 눈물흘림과 같은 증상 모두 안구건조증의 증상이다. 이러한 증세가 악화되거나 만성으로 이어지면 치료가 필요한 상태에 이르게 된다. 안구건조증은 단순 눈물이 줄어들어 눈이 건조한 상태라고 여겨 방치하는 경우가 많다. 하지만 안구건조증으로 눈 표면이 마르게 되면 그만큼 외부에 대한 보호층이 사라져 각막 염증, 각막 궤양, 알레르기와 같은 질환을 유발할 수 있으며 심각한 경우 시력에도 영향을 줄 수 있어 반드시 치료가 필요한 질환이다.The tear film is composed of a mucus layer, an aqueous layer, and an oil layer. If any one of these layers is abnormal, dry eye occurs. It can be caused by dysfunction of the meibomian glands that secrete oil or blepharitis. In addition, if you look at digital devices for a long time, the number of times you blink your eyes decreases to about one-third of normal, which can easily lead to dry eye. After looking at digital devices for a long time, your eyes feel stiff or foreign, and symptoms such as bloodshot eyes, glare, and tearing are all symptoms of dry eye. If these symptoms worsen or become chronic, they require treatment. Dry eye is often left untreated, thinking that it is simply a condition in which the eyes are dry due to a decrease in tears. However, if the surface of the eye dries due to dry eye, the protective layer against the outside disappears, which can lead to diseases such as corneal inflammation, corneal ulcers, and allergies. In severe cases, it can even affect vision, so it is a disease that absolutely requires treatment.
현재 안구건조증을 진단하는 방법은 눈물 생성량 검사, 눈물층 안전성 검사, 각막 상피세포 상태 파악을 위한 염색술 등 여러 가지가 있다. 그러나 검사가 다분히 주관적이며 민감도나 특이도가 상대적으로 낮기 때문에 검사의 재현성이 떨어질 뿐 아니라 정확한 진단을 내리는데 한계가 있다는 지적이 있다.Currently, there are several methods for diagnosing dry eye, including tear production tests, tear layer safety tests, and staining techniques to determine the status of corneal epithelial cells. However, there are criticisms that the tests are largely subjective and have relatively low sensitivity and specificity, which not only reduces the reproducibility of the tests, but also limits the ability to make an accurate diagnosis.
최근 국내에 도입된 ‘인플라마드라이’(InflammaDry™)라는 간편한 진단 키트는 검결막(아래 눈꺼풀 안쪽)에서 소량의 눈물 샘플을 채취해 염증 생체 표지자인 단백분해 효소(‘기질 금속단백분해효소 9’(MMP-9, Matrix Metalloproteinases-9))농도를 측정해 10분 안에 염증성 안구건조증 여부를 객관적으로 확인할 수 있는 체외진단키트이다. 인플라마드라이는 눈물 내 MMP-9 활성도, 즉 염증의 유무를 간단하고 객관적으로 식별할 수 있는 유일한 검사로 다른 검사에 비해 높은 민감도(85%)와 특이도(98%)를 보여주는 게 특징이다. 하지만 샘플을 채취해야 한다는 점과 검사결과가 즉각적으로 나오지 않는 불편함이 존재한다. 따라서 간편하고 검사시간의 단축과 객관적인 검사를 동시에 만족하는 방법이 필요하다.Recently introduced in Korea, a simple diagnostic kit called ‘InflammaDry™’ collects a small tear sample from the conjunctiva (inside of the lower eyelid) and measures the concentration of a proteolytic enzyme (‘matrix metalloproteinases-9’ (MMP-9)), an inflammatory biomarker. It is an in vitro diagnostic kit that can objectively confirm the presence or absence of inflammatory dry eye within 10 minutes. InflammaDry is the only test that can simply and objectively identify the level of MMP-9 activity in tears, i.e. the presence or absence of inflammation, and is characterized by high sensitivity (85%) and specificity (98%) compared to other tests. However, there are inconveniences in that a sample must be collected and the test results do not come out immediately. Therefore, a method that is simple, shortens the test time, and provides objective testing is needed at the same time.
최근 개발된 안구건조증을 진단하는 대표적 방법의 하나는 마이봄샘 검사이다. 마이봄샘은 눈물막의 지방층을 형성하는 마이봄(기름)을 분비하는 피지샘이다. 마이봄샘에 의해 형성된 지질층은 눈물막의 과도한 증발을 막고 눈물막의 안정성을 유지함으로써 눈물막을 유지하는 데 큰 역할을 한다고 알려져 있다. 이러한 마이봄샘의 형태를 관찰할 수 있는 검사로 비접촉 적외선 마이보그래피가 많이 이용되고 있으며 마이봄샘의 위축 및 탈락된 정도를 측정하여 진단하게 된다.One of the representative methods for diagnosing dry eye that has been developed recently is the Meibomian gland test. The Meibomian gland is a sebaceous gland that secretes Meibomian (oil) that forms the lipid layer of the tear film. It is known that the lipid layer formed by the Meibomian gland plays a major role in maintaining the tear film by preventing excessive evaporation of the tear film and maintaining the stability of the tear film. Non-contact infrared meibography is widely used as a test that can observe the shape of the Meibomian gland, and the diagnosis is made by measuring the degree of atrophy and loss of the Meibomian gland.
그러나 이와 같은 방법은 눈꺼풀을 뒤집어서 측정하는 방법으로 다소 환자에게 불편함을 초래할 수 있는 방법이다. 따라서 이 마이봄샘의 기능 이상이 생기면 눈물의 기름층이 제대로 형성되지 않을 수 있으므로 눈물막 기름층의 두께를 정밀하게 측정하는 방법을 사용하여 안구건조증의 진단을 보다 편리하고, 정확하게 진단이 가능해진다. 본 발명에서는 컬러카메라를 사용하여 눈물막의 기름층의 두께를 정밀하게 측정하는 방법을 제안한다.However, this method is a method that can cause some inconvenience to the patient because it is a method of measuring by turning the eyelid over. Therefore, if the function of the meibomian gland is abnormal, the oil layer of the tear may not be formed properly, so a method of accurately measuring the thickness of the oil layer of the tear film can be used to diagnose dry eye more conveniently and accurately. The present invention proposes a method of accurately measuring the thickness of the oil layer of the tear film using a color camera.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve the aforementioned problems, and its purpose is to provide a device and method for diagnosing dry eye by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purposes of the present invention are not limited to those mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood from the description below.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단방법이 개시된다. 상기 방법은 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 획득하는 단계, 제어부가 획득된 반사광을 분석을 통해 지질층의 두께를 결정하는 단계 및 제어부가 결정된 지질층의 두께와 기설정된 기준 지질층의 두께의 비교를 통해 안구건조증을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above objects, a method for diagnosing dry eye syndrome by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention is disclosed. The method may include a step of obtaining reflected light reflected from a light source on an ocular surface, a step of determining the thickness of a lipid layer by analyzing the obtained reflected light, and a step of diagnosing dry eye syndrome by comparing the determined thickness of the lipid layer with a preset reference lipid layer thickness by the control unit.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사광을 획득하는 단계는, RGB를 포함하는 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 컬러카메라를 사용하여 RGB 채널별 광강도 신호를 획득하는 단계일 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the step of obtaining reflected light may be a step of obtaining a light intensity signal for each RGB channel using a color camera from reflected light generated from a light source unit including RGB and reflected from the surface of the eye.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지질층의 두께를 결정하는 단계는, 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 카메라의 응답값(E)을 계산하는 단계, 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 측정된 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계 및 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 최소자승법을 이용하여 지질층의 두께를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the step of determining the thickness of the lipid layer may include a step of calculating a response value (E) of the camera through the acquired light intensity signal for each RGB channel, a step of calculating the absolute reflectance of the lipid layer measured through the acquired light intensity signal for each RGB channel, and a step of determining the thickness of the lipid layer using the least-squares method between the theoretically calculated absolute reflectance of the lipid layer and the experimentally acquired absolute reflectance of the lipid layer.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 카메라의 응답값(E)을 계산하는 단계는, 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 수학식을 기초로 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서,는 정규화된 광원의 강도값,는 파장에 따른 양자효율,는 지질층의 반사광 강도값이다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the step of calculating the response value (E) of the camera uses the acquired RGB channel-specific light intensity signal using a mathematical formula It can be characterized by being generated based on . Here, is the normalized intensity value of the light source, is the quantum efficiency depending on the wavelength, is the reflected light intensity value of the geological layer.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정된 지질층의 절대반사율을 구하는 단계는, 표준시편을 사용하여 시스템의 광학적 요소로 인해 왜곡되는 신호를 보정하는 단계 및 표준시편의 값을 적용하여 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the step of obtaining the absolute reflectance of the measured lipid layer may further include the step of correcting a signal distorted due to an optical element of the system by using a standard specimen, and the step of calculating the absolute reflectance of the lipid layer by applying the value of the standard specimen.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정된 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계는, 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 수학식을 기초로 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서,는 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율,는 샘플의 카메라 응답값,는 표준시편의 카메라응답값,는 표준시편의 절대 반사율이다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the step of calculating the absolute reflectance of the measured geological layer is performed by using the acquired RGB channel-specific light intensity signal using a mathematical formula It can be characterized by being generated based on . Here, is the absolute reflectance of the geological layer obtained experimentally, is the camera response value of the sample, is the camera response value of the standard specimen, is the absolute reflectance of the standard specimen.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지질층의 두께를 결정하는 단계는, 최소자승법 이용하여 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 상기 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 오차의 제곱을 최소로 하는 값을 구하여 상기 지질층의 두께를 결정하는 단계일 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the step of determining the thickness of the lipid layer may be a step of determining the thickness of the lipid layer by obtaining a value that minimizes the square of the error between the absolute reflectance of the lipid layer theoretically calculated using the least squares method and the absolute reflectance of the lipid layer obtained through the experiment.
본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치가 개시된다. 상기 진단장치는 광원부, 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 획득하는 영상획득부 및 영상획득부로부터 획득된 상기 반사광을 분석을 통해 지질층의 두께를 결정하고, 결정된 지질층의 두께와 기설정된 기준 지질층의 두께의 비교를 통해 안구건조증을 진단하는 제어부를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a dry eye diagnosis device is disclosed by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film. The diagnosis device may include a light source unit, an image acquisition unit that acquires reflected light generated from the light source unit and reflected from an ocular surface, and a control unit that determines the thickness of the lipid layer by analyzing the reflected light acquired from the image acquisition unit, and diagnoses dry eye by comparing the determined thickness of the lipid layer with the thickness of a preset reference lipid layer.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상획득부는, RGB를 포함하는 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 컬러카메라를 사용하여 RGB 채널별 광강도 신호를 획득할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the image acquisition unit can obtain a light intensity signal for each RGB channel by using a color camera from reflected light generated from a light source unit including RGB and reflected light from the surface of the eye.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는, 영상획득부로부터 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 카메라의 응답값(E)을 계산하고, 표준시편을 이용하여 지질층의 절대 반사율을 계산하고, 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 최소자승법을 이용하여 지질층의 두께를 결정할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the control unit calculates the response value (E) of the camera through the light intensity signal for each RGB channel acquired from the image acquisition unit, calculates the absolute reflectance of the lipid layer using a standard specimen, and determines the thickness of the lipid layer using the least squares method between the theoretically calculated absolute reflectance of the lipid layer and the experimentally acquired absolute reflectance of the lipid layer.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는, 영상획득부로부터 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 카메라의 응답값(E)을 계산할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the control unit can calculate the response value (E) of the camera using the light intensity signal for each RGB channel acquired from the image acquisition unit.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는, 표준시편을 사용하여 시스템의 광학적 요소로 인해 왜곡되는 신호 보정 및 표준시편의 값을 적용하여 지질층의 절대반사율을 계산할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the control unit can calculate the absolute reflectance of the geological layer by applying a value of the standard specimen and signal correction for distortion due to optical elements of the system using the standard specimen.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는, 영상획득부로부터 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 측정된 지질층의 절대반사율을 계산할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the control unit can calculate the absolute reflectance of the measured geological layer using the light intensity signal for each RGB channel acquired from the image acquisition unit.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는, 최소자승법 이용하여 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 오차의 제곱을 최소로 하는 값을 구하여 지질층의 두께를 결정할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the control unit can determine the thickness of the lipid layer by obtaining a value that minimizes the square of the error between the absolute reflectivity of the lipid layer theoretically calculated using the least squares method and the absolute reflectivity of the lipid layer experimentally obtained.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details for achieving the above objectives will become clear with reference to the embodiments described in detail below together with the attached drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be configured in various different forms, and is provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully inform a person having ordinary skill in the art (hereinafter, “one of ordinary skill in the art”) of the scope of the invention.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 반사광 측정법을 이용하여 눈물막의 구성성분 중 지질층의 두께를 측정하여 안구건조증을 진단할 수 있는 기술로써, 컬러카메라를 사용하여 RGB별 광강도 신호를 획득하여 신호의 분석을 통해 최적의 지질층의 두께를 측정할 수 있으며, nm이하의 단위까지 측정이 가능하므로 지질층 두께의 정확한 분석이 가능할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the present invention is a technology capable of diagnosing dry eye by measuring the thickness of a lipid layer among tear film components using a reflectance measurement method, wherein a color camera is used to obtain RGB-specific light intensity signals, and the optimal lipid layer thickness can be measured through signal analysis, and since measurement is possible down to units of nm or less, accurate analysis of the lipid layer thickness can be made.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and the tentative effects expected by the technical features of the present invention can be clearly understood from the description below.
상기 언급된 본 발명 내용의 특징들이 상세하게, 보다 구체화된 설명으로, 이하의 실시예들을 참조하여 이해될 수 있도록, 실시예들 중 일부는 첨부되는 도면에서 도시된다. 또한, 도면과의 유사한 참조번호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하는 것으로 의도된다. 그러나 첨부된 도면들은 단지 본 발명 내용의 특정한 전형적인 실시예들만을 도시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려되지는 않으며, 동일한 효과를 갖는 다른 실시예들이 충분히 인식될 수 있다는 점을 유의하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지질층의 두께를 결정하는 단계의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치의 블록도이다.In order that the features of the present invention mentioned above may be understood in detail, in a more specific description, by reference to the following embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. Also, similar reference numerals in the drawings are intended to indicate the same or similar functions throughout the several aspects. However, it should be noted that the appended drawings illustrate only specific typical embodiments of the present invention and are not to be considered as limiting the scope of the present invention, for other embodiments having the same effect may be readily recognized.
Figure 1 is a flow chart of a method for diagnosing dry eye by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of steps for determining the thickness of a lipid layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a drawing illustrating a device for diagnosing dry eye syndrome by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a dry eye diagnosis device that measures the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.The present invention may have various modifications and embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.The various features of the invention disclosed in the claims will be better understood in consideration of the drawings and detailed description. The devices, methods, processes, and various embodiments disclosed in the specification are provided for illustrative purposes. The structural and functional features disclosed are intended to enable those skilled in the art to specifically implement various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The terms and phrases disclosed are intended to easily explain the various features of the disclosed invention, and are not intended to limit the scope of the invention.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description is omitted.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치 및 방법을 설명한다.Hereinafter, a device and method for diagnosing dry eye syndrome by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지질층의 두께를 결정하는 단계의 순서도이다.FIG. 1 is a flow chart of a method for diagnosing dry eye by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flow chart of a step for determining the thickness of a lipid layer according to one embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단방법(S100)은 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 획득하는 단계(S110), 제어부가 획득된 반사광을 분석을 통해 지질층의 두께를 결정하는 단계(S130) 및 제어부가 결정된 지질층의 두께와 기설정된 기준 지질층의 두께의 비교를 통해 안구건조증을 진단하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a method (S100) for diagnosing dry eye by measuring the thickness of a lipid layer in a tear film may include a step (S110) of obtaining reflected light generated from a light source and reflected from the surface of the eye, a step (S130) of determining the thickness of the lipid layer by analyzing the obtained reflected light by a control unit, and a step (S150) of diagnosing dry eye by comparing the determined thickness of the lipid layer with the thickness of a preset reference lipid layer by the control unit.
일 실시예에서, 반사광을 획득하는 단계(S110)는 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 획득하는 단계일 수 있다.In one embodiment, the step of obtaining reflected light (S110) may be a step of obtaining reflected light in which light generated from a light source is reflected from the surface of the eyeball.
보다 구체적으로, 반사광을 획득하는 단계(S110)는 RGB를 포함하는 광원부로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 컬러카메라를 사용하여 RGB 채널별 광강도 신호를 획득하는 단계일 수 있다.More specifically, the step of obtaining reflected light (S110) may be a step of obtaining a light intensity signal for each RGB channel using a color camera from reflected light generated from a light source unit including RGB and reflected from the surface of the eye.
일 실시예에서, 지질층의 두께를 결정하는 단계(S130)는 제어부가 반사광을 획득하는 단계(S110)에서 획득된 반사광 분석을 통해 지질층의 두께를 결정하는 단계일 수 있다.In one embodiment, the step (S130) of determining the thickness of the lipid layer may be a step in which the control unit determines the thickness of the lipid layer through analysis of the reflected light acquired in the step (S110) of acquiring the reflected light.
보다 구체적으로, 지질층의 두께를 결정하는 단계(S130)는 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 카메라의 응답값(E)을 계산하는 단계(S131), 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 측정된 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계(S133) 및 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 최소자승법을 이용하여 지질층의 두께를 결정하는 단계(S135)를 포함할 수 있다.More specifically, the step (S130) of determining the thickness of the lipid layer may include a step (S131) of calculating a response value (E) of the camera through the acquired light intensity signal for each RGB channel, a step (S133) of calculating the absolute reflectance of the lipid layer measured through the acquired light intensity signal for each RGB channel, and a step (S135) of determining the thickness of the lipid layer using the least-squares method between the theoretically calculated absolute reflectance of the lipid layer and the experimentally acquired absolute reflectance of the lipid layer.
여기서, 이론적 절대반사율은 거리(d)와 파장(λ)의 함수를 포함하는 스펙트럼 반사율을 나타내는 값을 의미하고, 실험으로 획득되는 절대반사율은 샘플의 카메라의 광강도 신호값(E)을 적용하여 샘플의 절대반사율을 산출하는 값을 의미한다.Here, the theoretical absolute reflectance means a value representing the spectral reflectance that includes a function of distance (d) and wavelength (λ), and the absolute reflectance obtained experimentally means a value that calculates the absolute reflectance of the sample by applying the optical intensity signal value (E) of the camera of the sample.
실험으로 획득되는 반사율(R)은 입사광의 세기와 반사광의 세기로부터 측정하게 되는데 실제 실험에서는 입사 직전 입사광과 반사 직후 반사광의 세기의 직접 측정이 물리적으로 어렵기 때문에 표준시편의 반사율을 수식에 적용하여 샘플의 절대반사율을 구하는 방법을 이용하는 것이다.The reflectance (R) obtained through an experiment is measured from the intensity of the incident light and the intensity of the reflected light. However, in an actual experiment, it is physically difficult to directly measure the intensity of the incident light just before the incident and the intensities of the reflected light just after the reflection, so a method is used to obtain the absolute reflectance of the sample by applying the reflectance of the standard specimen to a formula.
또한, 카메라의 응답값(E)을 계산하는 단계(S131)는 반사광을 획득하는 단계(S110)를 통해 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 카메라의 응답값(E)을 계산하는 단계일 수 있다.In addition, the step (S131) of calculating the response value (E) of the camera may be a step of calculating the response value (E) of the camera through the light intensity signal for each RGB channel acquired through the step (S110) of acquiring reflected light.
보다 구체적으로, 카메라의 응답값(E)을 계산하는 단계(S131)는 반사광을 획득하는 단계(S110)를 통해 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 아래 [수학식 1]을 기초로 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.More specifically, the step (S131) of calculating the response value (E) of the camera may be characterized by generating the following [Mathematical Formula 1] based on the light intensity signal for each RGB channel acquired through the step (S110) of acquiring reflected light.
여기서,는 정규화된 광원의 강도값,는 파장에 따른 양자효율,는 지질층 반사광 강도값이다.Here, is the normalized intensity value of the light source, is the quantum efficiency depending on the wavelength, is the intensity value of the reflected light from the geologic layer.
또한, 측정된 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계(S133)는 반사광을 획득하는 단계(S110)를 통해 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 측정된 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계일 수 있다.In addition, the step (S133) of calculating the absolute reflectance of the measured lipid layer may be a step of calculating the absolute reflectance of the measured lipid layer through the light intensity signal for each RGB channel acquired through the step (S110) of acquiring reflected light.
보다 구체적으로, 측정된 지질층의 절대반사율을 구하는 단계(S133)는 표준시편을 사용하여 시스템의 광학적 요소로 인해 왜곡되는 신호 보정 및 표준시편의 값을 적용하여 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.More specifically, the step (S133) of obtaining the absolute reflectance of the measured geological layer may further include a step of calculating the absolute reflectance of the geological layer by applying the value of the standard specimen and correcting the signal distorted due to the optical elements of the system using a standard specimen.
여기서, 표준시편은 디텍터의 신호 왜곡 보정에 사용되며, 디텍터의 스펙은 시스템을 구성하고 있는 여러 광학적 요소들에 의해 기존에 알려진 스펙과 실제 스펙이 달라질 수 있으므로 이러한 값들을 보정하기 위하여 사용하고 있다. 또한, 표준시편은 bare crystalline silicon wafer와 같은 일정한 반사도를 가지는 재료를 선택할 수 있다.Here, the standard specimen is used to correct the signal distortion of the detector, and the specifications of the detector may differ from the existing known specifications and the actual specifications due to various optical elements that make up the system, so these values are used to correct them. In addition, the standard specimen can be selected from a material with a constant reflectivity, such as a bare crystalline silicon wafer.
또한, 측정된 지질층의 절대반사율을 계산하는 단계(S133)는 반사광을 획득하는 단계(S110)를 통해 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 아래 (수학식 2)를 기초로 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the step (S133) of calculating the absolute reflectance of the measured geological layer may be characterized by generating the following (Mathematical Formula 2) based on the light intensity signal for each RGB channel acquired through the step (S110) of acquiring reflected light.
여기서,는 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율,는 샘플의 카메라 응답값,는 표준시편의 카메라 응답값,는 표준시편의 절대 반사율이다.Here, is the absolute reflectance of the geological layer obtained experimentally, is the camera response value of the sample, is the camera response value of the standard sample, is the absolute reflectance of the standard specimen.
또한, 지질층의 두께를 결정하는 단계(S135)는 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 최소자승법을 이용하여 지질층의 두께를 결정하는 단계일 수 있다.In addition, the step (S135) of determining the thickness of the lipid layer may be a step of determining the thickness of the lipid layer by using the least squares method between the theoretically calculated absolute reflectance of the lipid layer and the experimentally obtained absolute reflectance of the lipid layer.
보다 구체적으로, 지질층의 두께를 결정하는 단계(S135)는 최소자승법을 이용하여 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 오차의 제곱을 최소로 하는 값을 구하여 상기 지질층의 두께를 결정하는 단계일 수 있다.More specifically, the step (S135) of determining the thickness of the lipid layer may be a step of determining the thickness of the lipid layer by finding a value that minimizes the square of the error between the absolute reflectance of the lipid layer theoretically calculated using the least squares method and the absolute reflectance of the lipid layer obtained experimentally.
또한, 지질층의 두께를 결정하는 단계(S135)는 하기의 (수학식 3)에 기초하여 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the step (S135) of determining the thickness of the lipid layer may be characterized by being generated based on the following (Mathematical Formula 3).
여기서, C=R,G,B로 베이어필터가 내장된 컬러카메라를 통해서 R,G,B별로 광강도 신호를 획득할 수 있다.Here, the light intensity signals for R, G, and B can be obtained through a color camera with a built-in Bayer filter as C=R, G, B.
또한, 여기서 모델링된 지질층의 절대반사율은 하기의 (수학식 4)에 기초하여 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. (수학식 4)처럼 매질의 두께 및 물성에 따라 고유의 반사율 분포를 보이게 된다. 이를 이용하여 역으로 파장에 따른 반사율의 측정에 따라 매질의 두께를 구할 수 있다.In addition, the absolute reflectance of the modeled geological layer here can be characterized by being generated based on the following (Mathematical Formula 4). As in (Mathematical Formula 4), it shows a unique reflectance distribution depending on the thickness and physical properties of the medium. Using this, the thickness of the medium can be obtained by measuring the reflectance according to the wavelength in reverse.
여기서, r12는 공기와 지질층 사이 경계면에서의 프레넬 반사 계수, r23는 지질층과 수성층사이 경계면에서 프레넬 반사 계수, β는 빛이 지질층을 통과할 때 나타나는 위상변화량, d는 지질층의 두께, N은 지질층의 굴절률, λ는 빛의 파장, θ2는 빛이 공기에서 지질층을 통과할 때의 굴절각을 의미한다.Here, r12 is the Fresnel reflection coefficient at the interface between the air and the lipid layer, r23 is the Fresnel reflection coefficient at the interface between the lipid layer and the aqueous layer, β is the phase change that occurs when light passes through the lipid layer, d is the thickness of the lipid layer, N is the refractive index of the lipid layer, λ is the wavelength of light, and θ2 is the angle of refraction when light passes from the air to the lipid layer.
또한, 프레넬의 반사계수는 하기의 (수학식 5)에 기초하여 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the reflection coefficient of Fresnel can be characterized by being generated based on the following (Mathematical Formula 5).
여기서, N1은 공기의 굴절률, N2는 지질층의 굴절률, θ1은 공기와 지질층의 경계면에서의 입사각, θ2는 공기와 지질층의 경계면에서의 굴절각을 의미한다. r23도 마찬가지로 위의 수식을 적용한다.Here, N1 is the refractive index of air, N2 is the refractive index of the lipid layer, θ1 is the incident angle at the boundary between the air and the lipid layer, and θ2 is the refraction angle at the boundary between the air and the lipid layer. The above formula also applies to r23 .
일 실시예에서, 안구건조증을 진단하는 단계(S150)는 제어부가 결정된 지질층의 두께와 기설정된 기준 지질층의 두께의 비교를 통해 안구건조증을 진단하는 단계일 수 있다.In one embodiment, the step of diagnosing dry eye (S150) may be a step of diagnosing dry eye by comparing the thickness of a lipid layer determined by the control unit with the thickness of a preset reference lipid layer.
예를 들어, 기설정된 기준 지질층이 60nm인 경우, 제어부에 의해 측정된 지질층의 두께와 비교를 하여 기준 지질층보다 얇은 경우 안구건조증으로 진단을 할 수 있다. 상기 예시는 본 개시를 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.For example, if the preset reference lipid layer is 60 nm, the thickness of the lipid layer measured by the control unit can be compared with the thickness of the lipid layer, and if it is thinner than the reference lipid layer, dry eye can be diagnosed. The above examples are only examples for explaining the present disclosure, and the present disclosure is not limited thereto.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치의 블록도이다.FIG. 3 is a drawing illustrating a dry eye diagnosis device through measuring the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of a dry eye diagnosis device through measuring the thickness of a lipid layer in a tear film according to one embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 눈물막에서 지질층의 두께 측정을 통한 안구건조증 진단장치(1000)는 광원부(1100), 광분할부(미도시), 영상획득부(1300) 및 제어부(1500)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, a dry eye diagnosis device (1000) for measuring the thickness of a lipid layer in a tear film may include a light source unit (1100), a light splitting unit (not shown), an image acquisition unit (1300), and a control unit (1500).
일 실시예에서, 광원부(1100)는 백색광을 발생시키는 LED와 LED에서 발생된 빛을 모아주는 렌즈 및 들어오는 빛의 양을 조절해주는 조리개로 구성될 수 있다.In one embodiment, the light source unit (1100) may be composed of an LED that generates white light, a lens that collects the light generated from the LED, and an aperture that adjusts the amount of incoming light.
일 실시예에서, 광분할부는 빔스플리터를 포함하고 있어서, 광원부(1100)에서 발생된 광을 50:50으로 분리시킬 수 있다.In one embodiment, the light splitting unit includes a beam splitter, so that light generated from the light source unit (1100) can be split 50:50.
보다 구체적으로 광원부(1100)로부터 들어오는 빛을 샘플단을 향해 반사시켜 들어가게 하고, 샘플단으로부터 나오는 빛을 투과시켜 영상획득부(1300)로 들어가게 한다.More specifically, light coming from the light source unit (1100) is reflected toward the sample unit and enters, and light coming from the sample unit is transmitted and enters the image acquisition unit (1300).
일 실시예에서, 영상획득부(1300)는 광을 센서에 집광시켜주는 튜브렌즈와 컬러카메라로 이루어진다. 컬러카메라는 RGB를 RGB 각각의 채널별로 분리시켜주는 베이어필터(Bayer filter)가 내장된 카메라일 수 있다.In one embodiment, the image acquisition unit (1300) is composed of a tube lens that focuses light onto a sensor and a color camera. The color camera may be a camera with a built-in Bayer filter that separates RGB into each RGB channel.
또한, 영상획득부(1300)는 광원부(1100)로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 획득할 수 있다.Additionally, the image acquisition unit (1300) can acquire reflected light generated from the light source unit (1100) and reflected from the surface of the eye.
보다 구체적으로, 영상획득부(1300)는 RGB를 포함하는 광원부(1100)로부터 발생되는 광이 안구 표면에서 반사되어 나오는 반사광을 컬러카메라를 사용하여 RGB 채널별로 분리된 광강도 신호를 획득할 수 있다.More specifically, the image acquisition unit (1300) can obtain a light intensity signal separated by RGB channel by using a color camera from the reflected light generated from the light source unit (1100) including RGB and reflected from the surface of the eye.
일 실시예에서, 제어부(1500)는 영상획득부(1300)로부터 획득된 반사광 분석을 통해 지질층의 두께를 결정하고, 결정된 지질층의 두께와 기설정된 기준 지질층의 두께의 비교를 통해 안구건조증을 진단할 수 있다.In one embodiment, the control unit (1500) can determine the thickness of the lipid layer through analysis of reflected light acquired from the image acquisition unit (1300), and diagnose dry eye through comparison of the determined thickness of the lipid layer with the thickness of a preset reference lipid layer.
보다 구체적으로, 제어부(1500)는 영상획득부(1300)로부터 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 카메라의 응답값(E)을 계산하고, 영상획득부(1300)로부터 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 통해 측정된 지질층의 절대반사율을 계산하고, 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 최소자승법을 이용하여 지질층의 두께를 결정할 수 있다.More specifically, the control unit (1500) calculates the response value (E) of the camera through the RGB channel-specific light intensity signal acquired from the image acquisition unit (1300), calculates the absolute reflectance of the lipid layer measured through the RGB channel-specific light intensity signal acquired from the image acquisition unit (1300), and determines the thickness of the lipid layer by using the least-squares method between the theoretically calculated absolute reflectance of the lipid layer and the experimentally acquired absolute reflectance of the lipid layer.
또한, 제어부(1500)는 영상획득부(1300)로부터 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 카메라의 응답(E)을 계산할 수 있다.Additionally, the control unit (1500) can calculate the response (E) of the camera using the light intensity signal for each RGB channel acquired from the image acquisition unit (1300).
또한, 제어부(1500)는 표준시편을 사용하여 시스템의 광학적 요소로 인해 왜곡되는 신호 보정 및 표준시편의 값을 적용하여 지질층의 절대반사율을 계산할 수 있다.Additionally, the control unit (1500) can calculate the absolute reflectance of the geological layer by applying the value of the standard specimen and correcting the signal distorted due to the optical elements of the system using the standard specimen.
또한, 제어부(1500)는 영상획득부(1300)에서 획득한 RGB 채널별 광강도 신호를 이용하여 측정된 지질층의 절대반사율을 계산할 수 있다.Additionally, the control unit (1500) can calculate the absolute reflectance of the measured geological layer using the light intensity signal for each RGB channel acquired from the image acquisition unit (1300).
보다 구체적으로, 제어부(1500)는 최소자승법을 이용하여 이론적으로 계산된 지질층의 절대반사율과 실험으로 획득된 지질층의 절대반사율간의 오차의 제곱을 최소로 하는 값을 구하여 상기 지질층의 두께를 결정할 수 있다.More specifically, the control unit (1500) can determine the thickness of the geological layer by finding a value that minimizes the square of the error between the absolute reflectivity of the geological layer theoretically calculated using the least squares method and the absolute reflectivity of the geological layer obtained experimentally.
또한, 제어부(1500)는 결정된 지질층의 두께와 기설정된 기준 지질층의 두께의 비교를 통해 안구건조증을 진단하는 단계일 수 있다.Additionally, the control unit (1500) may be a step for diagnosing dry eye by comparing the thickness of the determined lipid layer with the thickness of a preset reference lipid layer.
예를 들어, 기설정된 기준 지질층이 60nm인 경우, 제어부에 의해 측정된 지질층의 두께와 비교를 하여 기준 지질층보다 얇은 경우 안구건조증으로 진단을 할 수 있다. 상기 예시는 본 개시를 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.For example, if the preset reference lipid layer is 60 nm, the thickness of the lipid layer measured by the control unit can be compared with the thickness of the lipid layer, and if it is thinner than the reference lipid layer, dry eye can be diagnosed. The above examples are only examples for explaining the present disclosure, and the present disclosure is not limited thereto.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various changes and modifications without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in this specification are not intended to limit the technical idea of the present invention, but rather to explain it, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood to be included in the scope of the rights of the present invention.
1000: 진단장치
1100: 광원부
1300: 영상획득부
1500: 제어부1000: Diagnostic Device
1100: Light source
1300: Video Acquisition Department
1500: Control Unit
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