KR100561872B1 - 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

미소 영역을 이용한 성분 분석 장치 및 방법이 개시된다. 이 장치는, 생체의 소정 부위에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부와, 미소 영역의 크기와 획득된 영상으로부터 행렬 형태의 영상의 색 정보를 생성하는 색 정보 생성부와, 영상의 색 정보를 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 제1 데이타 변환부 및 획득된 영상에 포함된 성분을 제1 및 제2 행렬들중 적어도 하나를 이용하여 분석하는 성분 분석부를 구비하고, 획득된 영상을 다수개의 미소 영역들로 나눌 때, 소정 부위에 포함된 성분들의 농도가 미소 영역들별로 요동하는 모습을 보이도록 미소 영역의 크기는 결정되는 것을 특징으로 하는 한다. 그러므로, 생체의 소정 부위 예를 들면 피부에 대한 영상을 획득한 결과를 이용하여 그 소정 부위에 소정 성분 예를 들면 빌리루빈 성분이 포함되어 있는가의 여부, 그 소정 부위에 포함된 성분의 종류 및/또는 그 소정 부위에 포함된 성분의 농도를 비침습적으로 분석할 수 있어, 사용자 뿐만 아니라 분석의 대상이 되는 생체를 번거롭게 하지 않은 효과를 갖는다.

Description

미소 영역을 이용한 성분 분석 장치 및 방법{Apparatus and method for analyzing component using microscopic regions}

도 1은 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치의 실시예의 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 3 (a)는 농도 측정치와 농도 예측치간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 3 (b)는 거시 영역의 모습을 나타내는 도면이다.

도 4 (a)는 농도 측정치와 농도 예측치간의 관계를 나타내는 그래프이고, 4 (b)는 미소 영역들의 모습을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 5 (a)는 농도 측정치와 농도 예측치간의 관계를 나타내는 그래프이고, 5 (b)는 20개의 미소 영역들의 모습을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 6 (a) 및 (b)들은 거시 및 미소 영역들의 모습을 각각 나타내고, 도 6 (c) 및 (d)들은 도 6 (a) 및 (b)에 각각 도시된 농도와 위치간의 관계를 나타내는 그래프들이다.

도 7 (a) 및 (b)들은 서로 다른 크기를 갖는 미소 영역들의 모습을 나타내고, 도 7 (c) 및 (d)들은 도 7 (a) 및 (b)에 각각 도시된 미소 영역들의 농도와 위 치간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8 (a) 및 (b)들은 색 정보의 생성을 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명은 생체의 성분 분석에 관한 것으로서, 특히, 생체에 포함된 성분들을 미소 영역을 이용하여 분석할 수 있는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.

생체에 포함된 성분들의 농도들을 비침습적으로 측정하기 위한 회귀식을 구하기 위해, 일반적으로 특정 성분에 대한 다수개의 칼리브레이션 데이타(calibration data)들이 요구된다. 이와 같이, 칼리브레이션 데이타들을 이용하여 성분의 농도를 측정하는 종래의 방법들중 하나가 "Classical and Modern Regression with Applications"라는 제목으로 'Raymond M. Myers'에 의해 저술되고 Duxbury 출판사에 의해 출간된 책의 페이지 82쪽에 개시되어 있다.

이러한 종래의 방법은 칼리브레이션 데이타를 얻고자 할 때마다 생체에 빛을 투과하거나 반사시켜야 하므로, 성분을 분석하고자 하는 사용자 뿐만 아니라 분석의 대상이 되는 생체를 매우 번거롭게 하는 문제점을 갖는다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 생체의 소정 부위에 대한 영상을 이용하여 소정 부위의 성분들을 비침습적으로 분석할 수 있는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 생체의 소정 부위에 대한 영상을 이용하여 소정 부위의 성분들을 비침습적으로 분석할 수 있는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치는, 생체의 소정 부위에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부와, 미소 영역의 크기와 상기 획득된 영상으로부터 행렬 형태의 영상의 색 정보를 생성하는 색 정보 생성부와, 상기 영상의 색 정보를 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 제1 데이타 변환부 및 상기 획득된 영상에 포함된 성분을 상기 제1 및 제2 행렬들중 적어도 하나를 이용하여 분석하는 성분 분석부로 구성되고, 상기 획득된 영상을 다수개의 미소 영역들로 나눌 때, 상기 소정 부위에 포함된 성분들의 농도가 상기 미소 영역들별로 요동하는 모습을 보이도록 상기 미소 영역의 크기는 결정되는 것이 바람직하다.

상기 다른 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법은, 생체의 소정 부위에 대한 영상을 획득하는 단계와, 미소 영역의 크기와 상기 획득된 영상으로부터 행렬 형태의 영상의 색 정보를 생성하는 단계와, 상기 영상의 색 정보를 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 단계 및 상기 획득된 영상에 포함된 성분을 상기 제1 및 제2 행렬들중 적어도 하나를 이용하여 분석하는 단계로 이루어지고, 상기 획득된 영상을 다수개의 미소 영역들로 나눌 때, 상기 소 정 부위에 포함된 성분들의 농도가 상기 미소 영역들별로 요동하는 모습을 보이도록 상기 미소 영역의 크기는 결정되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치 및 그의 실시예의 구성 및 동작과 그 장치에서 수행되는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치의 실시예의 블럭도로서, 영상 획득부(10), 미소 영역 크기 결정부(12), 색 정보 생성부(14), 제1 데이타 변환부(16), 제2 데이타 변환부(18) 및 성분 분석부(20)로 구성된다.

도 2는 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 소정 부위에 대한 영상을 획득한 결과 및 미소 영역을 크기를 결정한 결과를 이용하여 영상의 색 정보를 생성하는 단계(제40 ~ 제44 단계들), 데이타 변환들을 수행하는 단계(제46 및 제48 단계들) 및 성분을 분석하는 단계(제50 단계)로 이루어진다.

도 1에 도시된 영상 획득부(10)는 생체의 소정 부위에 대한 영상을 획득하고, 획득한 영상을 색 정보 생성부(14)로 출력한다(제40 단계). 여기서, 본 발명에 의하면, 생체의 소정 부위란 예를 들면 생체의 피부가 될 수 있다. 이 경우, 영상 획득부(10)는 생체의 피부에 대한 영상을 획득한다(제40 단계).

이를 위해, 도 1에 도시된 영상 획득부(10)는 생체의 소정 부위를 촬영하고, 촬영된 결과를 색 정보 생성부(14)로 출력하는 영상 촬영부(22)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 영상 촬영부(22)는 분광기나 디지탈 카메라 등으로 구현될 수 있다. 보 다 구체적으로 설명하면, 영상 촬영부(22)는 어레이 디텍터(array detector) 또는 전하 결합 소자(CCD:Charge Coupled Device) 등으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제40 단계후에, 미소 영역 크기 결정부(12)는 영상 획득부(10)에서 획득된 영상을 다수개의 미소 영역들로 나눌 수 있을 때, 소정 부위에 포함된 성분들의 농도가 미소 영역들별로 요동(fluctuation)하는 모습을 보이도록 미소 영역의 크기를 결정할 수 있다(제42 단계).

이하, 미소 영역 크기의 결정을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 3 (a)는 농도 측정치(X)와 농도 예측치(Y)간의 관계를 예시적으로 나타내는 그래프이고, 도 3 (b)는 생체로부터 획득된 거시 영역(macroscopic domain)의 예시적인 모습을 나타내는 도면이다.

생체의 소정 부위의 모습을 도 3 (b)에 도시된 바와 같은 거시 영역으로 획득할 경우, 획득된 거시 영역의 예측된 농도와 측정된 농도간의 관계는 도 3 (a)에 도시된 바와 같이 나타난다. 즉, 도 3 (a)에 도시된 점들(60, 62, 64 및 66) 각각은 도 3 (b)에 도시된 거시 영역의 영상으로부터 획득된다.

일반적으로, 회귀식은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

여기서, Y는 예측치(또는, 종속 변수 또는 반응)를 나타내고 X는 측정치(또 는, 독립 변수 또는 설명)를 각각 나타내고, a₁과 a₂는 회귀 계수들을 나타낸다.

도 4 (a)는 농도 측정치(X)와 농도 예측치(Y)간의 관계를 예시적으로 나타내는 그래프이고, 4 (b)는 생체로부터 획득된 거시 영역을 분할한 미소 영역들(70, 72, 74 및 76)의 모습을 예시적으로 나타내는 도면이다.

이 때, 도 3 (b)에 도시된 거시 영역을 도 4 (b)에 도시된 바와 같이 미소 영역들(70, 72, 74 및 76)로 나눌 경우, 도 3 (a)에 도시된 각 점(60, 62, 64 또는 66)은 도 4 (a)에 도시된 바와 같이 여러 개의 점들로 분산되어 나타난다.

도 5 (a)는 농도 측정치(X)와 농도 예측치(Y)간의 관계를 예시적으로 나타내는 그래프이고, 5 (b)는 생체로부터 획득된 거시 영역을 분할한 20개의 미소 영역들의 모습을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 3 (b)에 도시된 거시 영역을 도 4 (b)에 도시된 미소 영역들보다 작은 크기를 갖는 미소 영역들로 도 5 (b)에 도시된 바와 같이 나눌 경우, 도 4 (a)에 도시된 분산된 점들은 도 5 (a)에 도시된 바와 같이 더욱 분산되어 나타낸다.

도 6 (a)는 거시 영역의 모습을 나타내고, 도 6 (b)는 미소 영역들의 모습을 나타내고, 도 6 (c)는 도 6 (a)에 도시된 거시 영역의 농도와 생체의 위치간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 6 (d)는 도 6 (b)에 도시된 미소 영역들의 농도와 생체의 위치간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6 (a)에 도시된 거시 영역의 농도는 그 거시 영역 내부의 공간적인 위치 변화에 무관하게 도 6 (c)에 도시된 바와 같이 일정한 값을 보인다. 그러나, 도 6 (b)에 도시된 미소 영역들의 농도는 도 6 (d)에 도시된 바와 같이 미소 영역들별로 즉, 그 미소 영역들의 공간적인 위치 변화에 따라 요동하는 모습을 보인다. 이와 같은 요동은 도 6 (b)에 도시된 화살표(80) 방향으로 성분의 농도가 브라운 운동(Brownian Motion)을 하기 때문이다.

도 7 (a)는 큰 크기를 갖는 미소 영역들의 예시적인 모습을 나타내고, 도 7 (b)는 도 7 (a)에 도시된 미소 영역들에 대비하여 상대적으로 작은 크기를 갖는 미소 영역들의 예시적인 모습을 나타내고, 도 7 (c)는 도 7 (a)에 도시된 미소 영역들의 농도와 생체의 위치간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 7 (d)는 도 7 (b)에 도시된 미소 영역들의 농도와 생체의 위치간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7 (a)에 도시된 바와 같은 크기를 갖는 미소 영역들로 거시 영역을 분할할 때, 도 7 (c)에 도시된 바와 같이 미소 영역들별로 성분의 농도가 요동하지 않는다. 그러나, 도 7 (b)에 도시된 바와 같은 크기를 갖는 미소 영역들로 거시 영역을 분할할 때, 즉, 미소 영역들의 크기를 도 7 (a)에 도시된 미소 영역들보다 작게 분할할 경우, 도 7 (d)에 도시된 바와 같이 미소 영역들별로 성분의 농도가 요동함을 알 수 있다. 따라서, 미소 영역들을 이용하여 생체의 성분을 분석하기 위해서는, 도 7 (d)에 도시된 바와 같이 농도가 요동하는 모습을 나타낼 수 있도록, 미소 영역의 크기가 예를 들면 도 7 (a) 대신에 도 7 (b)에 도시된 바와 같이 결정되어야 한다.

전술한 거시 영역에서 한 변의 길이는 예를 들면 수 ㎜인 반면, 각 미소 영역에서 한 변의 길이는 예를 들면 수십 ㎛가 될 수 있다. 일반적으로 생체의 소정 부위에 포함되는 성분들은 생체상의 위치에 따라 균일(homogeneout)하게 분포되어 있지 않다. 이는 생체의 소정 부위는 그 생체가 처한 주변 환경등의 다양한 요인들에 의해 영향을 받기 때문이다. 즉, 거시 영역을 분할한 미소 영역들 각각의 농도는 분균일하게 분포하고 있으며, 거시 영역의 농도와 일치한다. 또한, 생체의 소정 부위에 포함된 성분들의 공간적인 농도 분포를 불균일하게 하는 요인들의 각 성분에 대해 미치는 영향이 상이할 경우, 성분들의 분포가 통계적으로 독립적이 된다. 이에 대해서는 "Optical Review"라는 제목을 갖고 The Institute of Pure and Applied Physics(IPAP) 출판사에 의해 2000년도에 Vol.7, No.6으로 출간된 책의 페이지 479쪽부터 482쪽들까지에 개시되어 있다.

본 발명에 의하면, 미소 영역 크기 결정부(12)는 입력단자 IN1을 통해 소정 확산 계수(diffusion coefficient) 및 소정의 농도 요동치(concentration fluctuation value)를 입력하고, 입력한 소정 확산 계수 및 소정의 농도 요동치를 이용하여 미소 영역의 크기를 결정할 수 있다. 여기서, 소정 확산 계수란, 생체의 소정 부위의 성분들이 미소 영역들에서 예를 들면 도 6 (b)에 도시된 화살표 방향(80)으로 확산되는 정도를 나타낸다. 본 발명에 의하면, 미소 영역 크기 결정부(12)는 다음 수학식 2와 같이 미소 영역의 크기를 결정할 수 있다.

,

여기서, d₁ 및 d₂는 각 미소 영역의 가로 및 세로 길이들을 각각 나타내고, σ는 확산 계수를 나타내고, f는 소정의 농도 요동치를 나타내고, t는 시간을 나타내고, T는 평균 거주 시간(average resident time)을 나타내고, F_t는 시간(t)에서 요동력(fluctuating force)을 나타내고, K는 점성 모듈러스(viscosity modulus)를 나타내고, f(t)는 다음 수학식 3와 같이 표현된다.

여기서, r은 지연 계수(lag coefficient)를 나타내고, N(d₁) 및 N(d₂)는 각각 퓨게서티 함수(fugacity function)를 나타낸다.

제42 단계후에, 색 정보 생성부(14)는 미소 영역 크기 결정부(12)로부터 입력한 미소 영역의 크기와 영상 획득부(10)로부터 입력한 획득된 영상으로부터 행렬 형태의 영상의 색 정보(A)(이하, 굵은 글씨는 행렬을 나타낸다.)를 생성하고, 생성한 영상의 색 정보(A)를 제1 데이타 변환부(16)로 출력한다(제44 단계).

도 8 (a) 및 (b)들은 색 정보의 생성을 설명하기 위한 도면들로서, 도 8 (a)는 영상 획득부(10)로부터 획득된 영상 즉, 거시 영역의 예시적인 모습을 나타내고, 도 8 (b)는 거시 영역을 미소 영역들로 분할하였을 때의 모습을 나타낸다. 여기서, 도 8 (a)에 도시된 거시 영역은 p×q개의 화소들(x₁₁, x₁₂, ... 및 x_pq )로 구성된다.

예를 들어, 도 8 (a)에 도시된 바와 같은 영상이 영상 획득부(10)에서 획득된 경우, 색 정보 생성부(14)는 영상 획득부(10)로부터 입력한 도 8 (a)에 도시된 영상을 미소 영역들로 분할하여 도 8 (b)에 도시된 바와 같은 P×Q개의 미소 영역들(D₁₁, D₁₂, ... 및 D_PQ)을 구한다. 여기서, 색 정보 생성부(14)는 미소 영역 크기 결정부(12)로부터 입력한 가로 및 세로 길이들(d₁ 및 d₂)에 따라 미소 영역들 각각의 크기를 결정한다. 다음에, 색 정보 생성부(14)는 미소 영역들(D₁₁, D₁₂, ... 및 D_PQ) 각각의 색 성분들로 이루어지는 영상의 색 정보(A)를 생성한다. 예를 들면, 색 정보 생성부(14)에서 생성되는 영상의 색 정보(A)는 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

여기서, V_D11, V_D12, ... 및 V_Dpq 들은 도 8 (b)에 도시된 D₁₁ , D₁₂,... 및 D_PQ에 대한 색 성분값들을 각각 나타낸다. 예를 들어, 영상 촬영부(22)가 디지탈 카메라로 구현될 경우, 색 성분값들 각각(V_D11, V_D12, ... 또는 V_Dpq)은 다음 수학식 5와 같 이 표현될 수 있다.

여기서, R_D11, R_D12 및 R_DPQ는 D₁₁, D₁₂, D _PQ에 포함된 화소들의 적색(R:Red) 성분들의 평균값을 나타내고, G_D11, G_D12 및 G_DPQ는 D₁₁, D ₁₂, D_PQ에 포함된 화소들의 녹색(G:Green) 성분들의 평균값을 나타내고, B_D11, B_D12 및 B_DPQ는 D ₁₁, D₁₂, D_PQ에 포함된 화소들의 청색(B:Blue) 성분들의 평균값을 나타낸다.

본 발명에 의하면, 도 2에 도시된 바와 달리 제40 및 제42 단계들은 동시에 수행될 수도 있고,제42 단계가 제40 단계보다 먼저 수행될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 1에 도시된 성분 분석 장치는 미소 영역 결정부(12)를 마련하지 않고, 도 2에 도시된 성분 분석 방법은 제42 단계를 마련하지 않을 수 있다. 이 경우, 색 정보 생성부(14)는 미소 영역의 크기를 미소 영역 크기 결정부(12)로부터 입력하는 대신에 입력단자 IN2를 통해 외부로부터 입력한다. 입력단자 IN2를 통해 입력되는 미소 영역의 크기는 사전에 결정되는 값이다. 본 발명에 의하면, 미소 영역의 소정 크기들의 가로 및 세로는 동일하게 결정될 수도 있고 달리 결정될 수도 있다.

한편, 제44 단계후에, 제1 데이타 변환부(16)는 색 정보 생성부(14)로부터 입력한 영상의 색 정보(A)를 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 다음 수학식 6과 같이 변환하고, 변환된 결과를 출력한다(제46 단계).

여기서, B 및 C는 제1 및 제2 행렬들을 각각 나타낸다. 본 발명에 의하면, 제1 데이타 변환부(16)는 영상의 색 정보(A)를 카루넨 레베(Karhunen-Lowe) 변환법을 이용하여 제1 및 제2 행렬들(B 및 C)의 곱의 형태로 변환할 수 있다. 이 때, 제2 행렬(C)의 성분들은 서로 상관성을 갖지 않지만 통계적으로 서로 독립되어 있지 않다. 여기서, 카루넨 레베 변환법에 대해서는 "Mathmatical Methods and Algorithms for signal processing"라는 제목으로 'Todd K. Moon' 및 'Wynn C. Stirling'에 의해 저술되고 Prentice Hall 출판사에 의해 출간된 책의 페이지 327쪽에 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 1에 도시된 성분 분석 장치는 제2 데이타 변환부(18)를 마련하지 않고, 도 2에 도시된 성분 분석 방법은 제48 단계를 마련하지 않을 수 있다. 이 경우, 제46 단계후에, 성분 분석부(20)는 획득된 영상에 포함된 성분을 제1 데이타 변환부(16)로부터 입력한 제1 및 제2 행렬들(B 및 C)중 적어도 하나를 이용하여 분석하고, 분석된 결과를 출력단자 OUT를 통해 출력한다(제50 단계).

본 발명에 의하면, 전술한 바와 같이 제1 데이타 변환부(16)가 카루넨 레베 변환법에 의해 영상의 색 정보(A)를 변환할 경우, 성분 분석부(20)는 제2 행렬(C)의 성분들(C₁, C₂, ..., C_i, ... 및 C_I)(1≤i≤I)중에서 유의(significant)한 독립 성분들의 개수를 찾고, 획득된 영상에 소정 성분이 존재하는가의 여부를 찾아진 개수를 이용하여 결정할 수 있다. 여기서, 유의한 독립 성분이란, 제2 행렬(C)의 성분들(C₁, C₂, ..., C_i, ... 및 C_I)중에서 유의한 값을 갖는 성분을 의미하며, 유의한 값이란 '0'에 근사하지 않은 값을 의미한다. 예컨대, i번째 성분(C_i)부터 유의하지 않은 값을 가질 경우, 제2 행렬(C)의 I개의 성분들(C₁, C₂, ..., C_i , ... 및 C_I)중에서 i-1개의 성분들(C₁, C₂, ... 및 C_i-1)만이 유의한 독립 성분들이 되므로, 성분 분석부(20)에서 찾아진 개수는 i-1개가 된다.

예를 들어, 생체가 인체이고 소정 부위가 피부라고 가정하자. 이 때, 피부는 헤모글로빈(hemoglobin) 성분과 멜라닌(melanin) 성분을 주로 갖는다. 하지만, 황달 환자의 피부는 헤모글로빈과 멜라닌 성분들 이외에 빌리루빈(bilirubin) 성분을 더 가질 수 있다. 따라서, 황달 환자가 아닌 정상적인 인체의 피부를 영상 획득부(10)에서 획득한 경우, 성분 분석부(20)에서 분석된 유의한 독립 성분들의 개수는 '2'가 되고, 제2 행렬(C)의 성분들중에서 i=3번째 성분부터 유의하지 않은 값을 갖게 될 것이다. 그러나, 정상적인 인체가 아니라 황달 환자의 피부를 영상 획득부(10)에서 획득한 경우, 성분 분석부(20)에서 분석된 유의한 독립 성분들의 개수는 '2'가 아니라 '3'이 된다. 따라서, 성분 분석부(20)는 유의한 독립 성분의 개수인 '3'를 찾고, 획득된 영상에 소정 성분 예를 들면 빌리루빈 성분이 존재하는가의 여부를 유의한 독립 성분의 개수가 '3'인 것을 통해 인식할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의햐면, 도 1에 도시된 성분 분석 장치는 제2 데이타 변환부(18)를 더 마련할 수 있고, 도 2에 도시된 성분 분석 방법은 제48 단계를 더 마련할 수 있다. 이 경우, 제46 단계후에, 제2 데이타 변환부(18)는 제2 행렬(C)에 독립 성분 분석법을 적용하여, 제2 행렬(C)을 제3 및 제4 행렬들의 곱의 형태로 다음 수학식 7과 같이 변환할 수 있다. 여기서, 독립 성분 분석법에 대해서는 'Pattern Classification'라는 제목으로 'Richard O. Duda', 'Peter E. Mart' 및 'David G. Stork'에 의해 저술되고 Wiley Interscience'에 의해 출간된 책의 페이지 570쪽에 개시되어 있다.

여기서, E와 F는 제3 및 제4 행렬들을 각각 나타내고, 제4 행렬(F)의 성분들은 통계적으로 독립된다.

이 때, 성분 분석부(20)는 제1 행렬(A)과 제3 행렬(E)의 곱에 비례하는 순수 스펙트럼(pure spectrum)(M)을 유추하고, 획득된 영상에 포함된 성분의 종류를 유추된 순수 스펙트럼(M)을 이용하여 판별한다. 일반적으로 생체의 소정 부위에 포함된 성분들은 서로 다른 스펙트럼들을 갖는다. 따라서, 스펙트럼과 성분들간의 관계 를 보이는 데이타 베이스를 이용하면, 획득된 영상에 포함된 성분들의 종류를 순수 스펙트럼(M)으로부터 판별할 수 있다.

게다가, 성분 분석부(20)는 제4 행렬(F)에 비례하는 농도를 유추하고, 유추된 농도(F)를 판별된 성분의 농도로서 결정할 수 있다.

전술한 바와 같이, 순수 스펙트럼(M)이 제1 행렬(A)과 제3 행렬(E)의 곱에 비례하고, 농도가 제4 행렬(F)에 비례하기 위해서는 비어의 법칙(Beer's Law)을 만족해야 한다. 여기서, 비어의 법칙에 의하면, 두 성분들의 합 성분에 대한 스펙트럼은 두 성분들의 스펙트럼들의 합과 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치 및 방법은 생체의 소정 부위 예를 들면 피부에 대한 영상을 획득한 결과를 이용하여 그 소정 부위에 소정 성분 예를 들면 빌리루빈 성분이 포함되어 있는가의 여부, 그 소정 부위에 포함된 성분의 종류 및/또는 그 소정 부위에 포함된 성분의 농도를 비침습적으로 분석할 수 있어, 사용자 뿐만 아니라 분석의 대상이 되는 생체를 번거롭게 하지 않은 효과를 갖는다.

Claims (15)

1. 생체의 소정 부위에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부;

   미소 영역의 크기와 상기 획득된 영상으로부터 행렬 형태의 영상의 색 정보를 생성하는 색 정보 생성부;

   상기 영상의 색 정보를 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 제1 데이타 변환부; 및

   상기 획득된 영상에 포함된 성분을 상기 제1 및 제2 행렬들중 적어도 하나를 이용하여 분석하는 성분 분석부를 구비하고,

   상기 획득된 영상을 다수개의 미소 영역들로 나눌 때, 상기 소정 부위에 포함된 성분들의 농도가 상기 미소 영역들별로 요동하는 모습을 보이도록 상기 미소 영역의 크기는 결정되는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 영상 획득부는

   상기 소정 부위를 촬영하는 영상 촬영부를 구비하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 성분 분석 장치는

   상기 성분들이 상기 미소 영역들에서 확산되는 정도를 나타내는 소정 확산 계수 및 소정의 농도 요동치를 이용하여 상기 미소 영역의 크기를 결정하는 미소 영역 크기 결정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 미소 영역 크기 결정부는

   상기 미소 영역의 크기를 아래와 같이 결정하는 것을 특징으로 하는 미소 영 역을 이용한 성분 분석 장치.

   

   

   (여기서, d₁ 및 d₂는 상기 각 미소 영역의 가로 및 세로 길이들을 각각 나타내고, σ는 상기 확산 계수를 나타내고, f는 상기 농도 요동치를 나타내고, t는 시간을 나타내고, T는 평균 거주 시간을 나타내고, F_t는 시간(t)에서 요동력을 나타내고, K는 점성 모듈러스를 나타내고,

   

   이고, r은 지연 계수를 나타내고, N(d₁) 및 N(d₂)는 각각 퓨게서티 함수를 나타낸다.)
5. 제1 항에 있어서, 상기 제1 데이타 변환부는

   상기 영상의 색 정보를 카루넨 레베 변환법을 이용하여 상기 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하고,

   상기 제2 행렬의 성분들은 서로 상관성을 갖지 않지만 통계적으로 서로 독립되지 않은 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 성분 분석부는

   상기 제2 행렬의 성분들중 유의한 독립 성분들의 개수를 찾고, 상기 획득된 영상에 소정 성분이 존재하는가의 여부를 상기 찾아진 개수를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
7. 제5 항에 있어서, 상기 성분 분석 장치는

   상기 제2 행렬에 독립 성분 분석법을 적용하여, 상기 제2 행렬을 제3 및 제4 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 제2 데이타 변환부를 더 구비하고,

   상기 제4 행렬의 성분들은 통계적으로 독립되고, 상기 성분 분석부는 상기 제1 행렬과 상기 제3 행렬의 곱에 비례하는 순수 스펙트럼을 유추하고, 상기 획득된 영상에 포함된 성분의 종류를 상기 유추된 순수 스펙트럼을 이용하여 판별하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
8. 제7 항에 있어서, 상기 성분 분석부는

   상기 제4 행렬에 비례하는 농도를 유추하고, 상기 유추된 농도를 상기 판별된 성분의 농도로서 결정하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
9. 제1 항에 있어서, 상기 소정 부위는 상기 생체의 피부에 해당하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 장치.
10. 생체의 소정 부위에 대한 영상을 획득하는 단계;

    미소 영역의 크기와 상기 획득된 영상으로부터 행렬 형태의 영상의 색 정보를 생성하는 단계;

    상기 영상의 색 정보를 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 단계; 및

    상기 획득된 영상에 포함된 성분을 상기 제1 및 제2 행렬들중 적어도 하나를 이용하여 분석하는 단계를 구비하고,

    상기 획득된 영상을 다수개의 미소 영역들로 나눌 때, 상기 소정 부위에 포함된 성분들의 농도가 상기 미소 영역들별로 요동하는 모습을 보이도록 상기 미소 영역의 크기는 결정되는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법.
11. 제10 항에 있어서, 상기 성분 분석 방법은

    상기 성분들이 상기 미소 영역들에서 확산되는 정도를 나타내는 소정 확산 계수 및 소정의 농도 요동치를 이용하여 상기 미소 영역의 크기를 결정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법.
12. 제10 항에 있어서, 상기 영상의 색 정보를 상기 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 단계는 상기 영상의 색 정보를 카루넨 레베 변환법을 이용하여 상기 제1 및 제2 행렬들의 곱의 형태로 변환하고,

    상기 제2 행렬의 성분들은 서로 상관성을 갖지만 확률적으로 서로 독립되지 않은 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법.
13. 제12 항에 있어서, 상기 성분을 분석하는 단계는

    상기 제2 행렬의 성분들중 유의한 독립 성분들의 개수를 찾고, 상기 획득된 영상에 소정 성분이 존재하는가의 여부를 상기 찾아진 개수를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법.
14. 제12 항에 있어서, 상기 성분 분석 방법은

    상기 제2 행렬을 독립 성분 분석법을 이용하여 제3 및 제4 행렬들의 곱의 형태로 변환하는 단계를 더 구비하고,

    상기 성분을 분석하는 단계는

    상기 제1 행렬과 상기 제3 행렬의 곱에 비례하는 순수 스펙트럼을 유추하고, 상기 획득된 영상에 포함된 성분의 종류를 상기 유추된 순수 스펙트럼을 이용하여 판별하고,

    상기 제4 행렬의 성분들을 확률적으로 독립되는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법.
15. 제14 항에 있어서, 상기 성분을 분석하는 단계는

    상기 제4 행렬에 비례하는 농도를 유추하고, 상기 유추된 농도를 상기 판별된 성분의 농도로서 결정하는 것을 특징으로 하는 미소 영역을 이용한 성분 분석 방법.

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