설진(舌診)은 한의학에서 망진(望診)의 한 분야로, 환자의 설질(舌質)과 설태(舌苔)의 변화를 관찰함으로써 질병을 진찰하는 방법이다. 임상에서 설진은 의사들의 주관적인 지식과 경험에 의해서 결정되며, 광원이나 주변 환경의 밝기의 차와 같은 외부적인 요인에 의해서 영향을 받는다. 또한 진단의 결과들은 정량적으로 저장, 관리되고 있지 않다. 그러므로 설진의 조직적이고 정량적인 진단 표준을 제공하고, 객관적인 설 진단법을 구축하기 위해서 디지털화된 설진시스템의 개발이 필요하다. (중략)
본 논문에서는 재택형 한방 진단기기를 개발하기 위한 단계별 연구과정 중 혀의 영역 추출과 색상 분석을 통해 질환을 진단할 수 있는 설진 시스템 개발 기법에 대해 제안하고자 한다. 우리나라는 초고령화 사회를 맞아 의료비 증가로 인한 사회적 부담과 대체의학에 대한 의존도가 증가되고 있으며 이를 해결하기 위해 영상 처리 기술과 한방 진단 기법의 연계를 통한 설진 시스템을 구축하고자 한다. 통상 인체의 생체 신호를 반영하여 나타내어 주는 곳은 홍채나 혀, 오관 등이 있다. 본 논문에서는 이 중 혀를 통해 인간의 생체 신호에 대한 결과를 반영하여 건강 상태에 대한 정보를 제공해 주는 설진(舌診)을 네트워크 기반의 재택형 한방 진단 시스템으로 개발하고자 한다. 특히 본 논문은 한방 유비쿼터스 의료 시스템 개발을 위한 전체 시스템 중 혀 영역 추출과 색상으로부터 질환에 대한 정보를 제공하여 주는 방법에 대해 제안하고자 한다. 끝으로 실험에 의해 제안한 방법의 유용성을 입증하고자 한다.
한방에서 설진은 초기 병증을 진단할 수 있는 방법으로 객관적인 진단 지표의 개발은 중요한 연구 분야 가운데 하나이다. 그러나 이전의 대부분의 설진 시스템은 한의사의 간섭을 배제한 자동 진단을 위한 전문가 시스템으로서 진료를 위한 객관화된 진단 지표의 생성에 있어서 어려움이 있었다. 따라서 본 논문에서는 한방 설진에 있어서 한의사의 진료 행위에 의해서 최적화된 설진을 위한 진단 지표를 계산하는 컴퓨터 지원 진단 소프트웨어를 제안한다. 개발한 소프트웨어는 반자동 방식으로 설질 추출을 위해서는 한의사의 매뉴얼 방식을 이용하고, 설태 영역을 자동 분할하여 비설태와 설태의 색상, WTCI 등에 대한 수치적 진단 지표를 한의사에게 실시간으로 제공한다. 또한, 설태 비율을 이용하여 소태, 박태, 후태의 분류 확률 추정 값과 진료 편의를 위한 전자의무기록 차트 기능도 제공한다. 구현된 컴퓨터 지원 진단 소프트웨어의 유효성 평가를 위해서는 60명의 피실험자를 대상으로 혀 영상을 구축하고, 설진 소프트웨어를 실험한 결과 피실험자의 95%가 소프트웨어 사용-유효성을 나타냈다.
한방 설진 시스템의 자동화 과정에서 혀 영상 분할은 가장 중요한 분야이다. 그러나 대부분의 한방 설진 시스템의 혀 영상 분할 방식은 사용자 기반의 메뉴얼 방식이나 반자동 방식으로 제안되어 왔다. 따라서 본 논문에서는 한방 설진 시스템의 완전 자동화를 위해서 기존의 스네이크 알고리즘을 기반으로 한 혀 영상 분할의 새로운 방법을 제안한다. 제안한 방법은 기존의 스네이크 알고리즘을 개선한 방법으로서 설진을 위한 혀 영상 특성을 이용하여 포인트들이 안에서 밖으로 역추적하면서 스네이크 에너지 함수가 최소화될 수 있도록 내부 에너지 함수를 개선하였고, 외부 에너지를 계산하기 위해서는 계층적 공간 필터링 방법을 적용하여 잡음에 강인한 특징을 갖는다. 또한 제안한 방법은 표본영상 실험과 실영상 실험을 수행한 결과, 기존 스네이크 알고리즘보다 배경 잡음에 강인함을 보였으며, 임의의 포인트 한 개를 선택하고 해당 포인트의 시작점, 중간점, 끝점에서의 에너지 값을 분석하여 국소적 최저치에 빠지지 않는 강인함을 보였다.
본 논문에서는 미각영역별 색상분석에 의한 새로운 한의학적 설진 시스템을 제안한다. 시스템의 전체 구성은 혀 모양의 영상입력 탬플릿 범위 설정 및 영상획득, 미각영역별 분할, 분할된 영역에 대하여 H-S 히스토그램을 이용한 색상분석 및 이상 유무 판별, 모바일 앱과의 연동으로 구성된다. 혀 영역으로부터 짠맛, 신맛, 단맛, 쓴맛의 네 가지 영역으로 나누어 분할하고, RGB 컬러영상을 HSI 컬러영상으로 변환하였다. 색상분석은 HSI 모델을 이용하였는데, 주변 조도의 영향을 최소화하기 위하여 I(Intensity)값을 제외한 H(Hue)와 S(Saturation) 성분의 히스토그램을 이용하여 색상을 분석하였다. 분석된 결과를 이용하여 정상태 히스토그램의 범위를 기준으로 이상 유무를 판별한다. 마지막으로 제안한 알고리즘을 모바일 앱과 연동하여, 시간과 장소에 구애받지 않고 사용할 수 있는 설진 자가진단 시스템을 제안하였다.
본 논문에서는 고가의 디지털 설진 장비와 특별한 장치 없이 누구나 손쉽게 사용할 수 있는 디지털 설진 시스템의 첫 단계로 미각 영역별 균열 유무를 판별하는 시스템을 제안한다. 훈련 DB는 한방 병원에서 수집한 사진 261장을 바탕으로 Haar-like feature, Adaboost 학습을 하였다. 학습된 결과를 통하여 입력영상으로부터 혀 후보영역을 검출하고, 검출된 혀 후보영역으로부터 혀 영역만을 분리하기 위하여 261장의 훈련 DB의 HSV 컬러모델의 Hue 성분 평균 값을 산출하였다. 검출된 혀 윤곽으로부터 Connected Component Labeling을 통하여 혀 영역을 분리 하였다. 분리된 혀 영역의 상대적 너비와 높이를 이용하여 미각 영역별 로 분할하였다. 분할된 미각 영역별 영상은 Gray영상으로 변환하고, 각각의 영역별 평균 밝기를 산출하여 이진화하였다. 이진화 영상에 Connected Component Labeling을 통하여 균열 유무를 판별하였다.
본 논문은 기존의 디지털 설진 시스템이 아닌 임베디드 환경에서의 실시간 설진 진단 방법을 제안한다. 임의의 환경에서 얻어낸 이미지에서 혀 영역의 추출과 추출된 영역에서의 혀의 상태를 진단하는데는 많은 어려움이 있다. 다양한 조명환경에서의 영상으로부터 혀 영역을 추출해 내는 방법으로는 ASM을 이용하는 방법이 있는데 이는 검출률이 낮아 정확도가 떨어진다. 이를 보완하기 위해 본 논문에서는 ASM과 물체 외곽 정보 복원에 기반을 둔 컬러 분산 스테이크 기법을 사용하여 정확도를 개선하는 방법을 제안한다.
혀의 상태는 인체 내부의 생리적 병리적 특성의 변화를 나타내므로, 한의학에서 중요한 지수가 된다. 한의학에서 설진 방법은 환자의 설질과 설태의 변화를 관찰함으로써 질병을 진찰하는 방법이므로, 편리할 뿐만 아니라 비침습적이고, 널리 쓰이고 있다. 그러나 설진은 광원, 환자의 자세, 한의사의 상태와 같은 검사 환경에 의해 영향을 받는다. 표준화된 진단을 위한 자동 진단 시스템을 개발하기 위하여 질병의 예후를 판단할 수 있는 설태 분류 방법은 필수적이지만, 컬러의 경계가 모호하므로 설태와 설질을 구분하기는 매우 어렵다. 이 논문에서 분할된 설체 내에서 컬러를 계층적으로 분류하여 설태를 분류하는 방법을 제안한다. 또한 설태 영역을 정확하게 분할하도록 하였다. 제안된 방법은 표준화된 진단을 가능하도록 한다.
한의학에서 혀의 상태는 인체의 건강 상태를 진단하는 중요한 지표로 활용된다. 이러한 혀의 상태를 진단하는 설진은 편리할 뿐 아니라 비침습적이므로, 한의학에서 널리 활용되고 있다. 그러나 설진은 객관화와 표준화라는 관점에서 문제가 있으며, 한의사의 의사결정에 도움을 줄 수 있는 도구도 부족한 실정이다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 설진 유효 분석을 위한 혀의 기하정보를 자동으로 계산하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 개선된 스네이크(Snake) 방법을 통해 혀를 검출하고 컨벡스 헐(Convex Hull)과 인페인팅 방법을 이용하여 객관적인 기하 정보를 추출하였다. 제안 알고리즘의 성능평가로 치흔의 경우 7.2%, 균열의 경우 8.5%의 영역 차이 비율로 안정적인 결과가 도출되었다.
한의학에서 혀는 인체 내 생리, 병리적 변화를 반영하여 진단에 있어 중요한 지표자료로 사용하고 있다. 하지만 설진은 진단환경에 의한 영향을 많이 받게 되어 객관적이고 정량화된 결과를 얻기 힘들며, 그로 인해 한의사의 진단에 대한 신뢰성도 낮아 널리 활용되지 못하고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 제한된 측정환경을 제공하는 디지털 설진 시스템을 통해 한의사로부터 황태라 진단받은 48명과 백태라 진단받은 14명의 설 영상을 획득하고, 설태의 컬러벡터값을 구하여 백태와 황태를 구분하는데 유의한 변수를 도출하였으며, 이를 이용하여 한의사의 설태 진단과 일치율이 높은 판별함수를 도출하였다. 이와같은 연구방법은 백태, 황태 뿐 아니라 회태나 흑태 또는 후태나 박태를 구분하는 데에도 유용하게 쓰일 수 있을 것이며 앞으로 한의사의 설진과정을 객관화, 과학화하는 과정에 기여할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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