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자율신경계 활성도 평가를 위한 동공크기변화 측정 시스템 개발 및 응용

Issue Date
2013
Description
의공학과/석사
Abstract
인체에서 자율신경계는 체내외적인 환경변화에 대해 내적 환경의 균형을 유지하는 역할을 하여 신체의 항상성 및 생명을 유지하도록 작용한다. 따라서 자율신경계 활성화 정도의 측정은 인체의 건강상태를 평가함에 있어서 중요한 의의를 갖고 있다. 자율신경계의 활성화 정도를 평가하기 위한 기존 연구는 뇌전도, 심박변이율, 피부전도도 등에 많이 집중되었고 동공크기변화에 대한 연구가 부족하다. 또 기존의 동공크기변화 측정 시스템은 고가이고 측정환경의 제한을 받으며 복잡성으로 인하여 온정성이 약하였다. 따라서 본 연구에서는 저가의 적외선기반의 영상장비로 간편한 동공크기변화 측정 시스템을 개발하였고 또 개발한 시스템을 한의학의 침술에 대한 자율신경계 변화를 관찰하는데 응용하여 실용성을 확인하고자 하였다. 동공의 정확한 크기를 얻기 위하여, 먼저 적외선 카메라와 조명 위치 설정으로 일차적인 선명한 동공 도출 영상을 얻었다. 다음 관심영역 선정, 칼라이미지 그레이화, 중간값 필터링, 이진화 처리, 라벨링 등 전처리과정을 거쳐 이미지에서 동공영역을 추출해냈다. 그 다음 추출해낸 동공영역의 경계선을 추적하는 동시에 방향코드를 할당하였으며, 곡률알고리즘을 통하여 상안검, 하안검, 속눈썹 및 반사광에 의한 동공경계선 왜곡을 제거하였다. 이 후 타원 fitting을 실행하여 실제 동공과 근접한 타원을 구하여 동공면적을 계산하였다. 마지막으로 눈 깜박임에 의한 오차를 제거하여 정확한 동공크기를 얻었다. 응용실험은 총 두 부분으로 나누어 진행하였다. 먼저, 기초실험을 통하여 본 연구에서 구축한 실험환경에서 피험자들의 동공크기변화 지속측정 가능한 시간을 확보하였다. 다음, 이 시간을 근거로 피험자들을 무자극군, 수기자극군, 자화침 자극군으로 나누어 동공크기변화 측정 실험을 진행하였다. 실험결과 자화침 자극군만 140초 후부터 동공크기가 유의하게 변화 함 을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 적외선 기반의 곡률 및 타원 fitting알고리즘을 적용한 동공크기변화 측정 시스템을 개발하였고 또한 이 시스템의 실용성을 확인하였다.
URI
http://ir.ymlib.yonsei.ac.kr/handle/22282913/134692
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