Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제25권4호
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pp.327-336
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2021
In this paper, we will introduce the image processing methods for the remote pupillary light reflex measurement using the video taken by a general smartphone camera without a special device such as an infrared camera. We propose an algorithm for estimate the size of the pupil that changes with light using image data analysis without a learning process. In addition, we will introduce the results of visualizing the change in the pupil size by removing noise from the recorded data of the pupil size measured for each frame of the video. We expect that this study will contribute to the construction of an objective indicator for remote pupillary light reflex measurement in the situation where non-face-to-face communication has become common due to COVID-19 and the demand for remote diagnosis is increasing.
In ophthalmology, a pupillometer, a device to measure the diameter of the pupil of the eye, can provide information on the function of the autonomic nervous system. The current pupillometers on the market are either too large to be a handheld instrument, or relatively expensive. In this study, a pupillometer based on a smartphone was designed. Both white and infrared LEDs and a 3M pixel camera of a smartphone were applied for the visual stimuli to an eye and for the acquisition of the eye images, respectively. Contrary to the existing method of pupil measurement that usually observe the variation of pupil diameter, the proposed algorithm in this study was applied to calculate the constriction ratio of the pupillary area in response to pupillary light reflex. The results showed that the constriction ratio of the pupillary area were all in the normal range (above 4.0) from the sixteen healthy participants. It is believed that the approach to pupil measurement used in this study is suitable for a mobile interface, and this system can be applied to clinical research, home-use healthcare, and distributed to some areas which suffer from problems like a lack of medical support.
6명의 20대 여성을 대상으로 VDT작업으로 인한 조절반응 및 동공대광반사의 작업부과에 따른 변화와 다른 사무작업을 부과할 때와의 차이를 보았다. 그 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. VDT작업에서 작업부과 시간이 증가함에 따라 조절 수축속도가 감소했으며 1시간의 휴식시간 후에는 현저하게 증가했고 다시 작업을 부과함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 조절 수축속도의 변화보다는 뚜렷하지 않지만 이완속도도 VDT작업부과에 따라 감소되고 휴식에 의한 회복되는 경향을 보였다. 2. 일반 사무작업과 근거리 사무작업에서는 조절 수축속도에서 VDT작업부과때와 같은 반응은 보이지 않았으며, 근거리 사무작업에서 이완속도가 작업부과에 따라 감소하였으나 휴식 후 회복되지 않았다. 3. 동공대광반사에서 최초동공직경, 최초동공면적은 VDT작업에서만 작업시간의 증가에 따라 유의한 감소를 보였는데 휴식 후 회복되지 않았다. 이러한 결과는 조절 수축속도의 변화, 조절 이완속도, 동공직경과 면적의 변화가 VDT작업의 특성을 연구하는데 사용될 가능성을 보여주며, 이를 위해서 연구대상이 개인차, 생체리듬, 감정적 자극 등을 보정한 연구가 필요하다고 생각된다.
To determine the effect of posture change on autonomic activity and to investigate valid parameters to reflex the autonomic activity from time-series pupil size data, a posture-related experiment was performed with 15 subjects, which involved measuring their electrocardiograms and pupil sizes. The experimental procedure consisted of three-sequence postures-supine, sitting and upright-for 5 minutes each, with rest sessions between postures. The subjects were notified of the entire experimental procedure. The parameters of the subjects' heart rate variability showed significant differences between the postures (heart rate: 63-70-80 beat, normalized low frequency power: 28-50-75, normalized high frequency power: 72-49-25 and ratio: 0.5-1.2-4.4 in supine-sitting-upright position respectively) as did the parameters of their mean pupil sizes (41300-53900-53700 pixels respectively) and the major frequencies (the third trend: 0.23-0.2-0.18 Hz respectively) of their pupil size variability according to changes in their autonomic activities induced by posture change. The experiment thus proved that posture change affects autonomic activity and that such activity can be estimated by the parameters of pupil size as similar as heart rate variability.
동공반사에 의한 동공크기 변화는 luminance 량에 의해 결정되며, 동공크기에 따른 외부 광량의 투과량인 망막조도비 분포함수와 luminance 량에 따른 추체, 간체의 수용체 분포함수에 의존한다. Luminance 에 대한 동공크기 변화는 다음과 같은 수식적 모델로 표현 할 수 있다. $$y(x)={\alpha}+{\beta}\frac{1}{1+{e}{x}{p}(x-x_0)/{\theta}}$$ 여기서 ${\alpha}$는 luminance의 최대값에서 동공직경 크기이고, ${\beta}$는 동공직경 최대, 최소 편차, ${\theta}$는 개인차의 민감도를 나타내는 parameter이다. P.Moon등의 실험값과 비교해 보면 이모델식이 잘 일시함을 알 수 있다.
영상 안진기(VOG, Videooculograph)는 전정 안반사의 객관적 평가 방법으로 이용되고 있는 안구 운동 측정 방법 중의 하나이다. 영상 안진기의 핵심 기술은 눈꺼풀이나 속눈셉, 각막 반사, 그리고 눈 깜박임과 같은 영향에 덜 민감하면서 동공의 중점과 회전 운동을 정확하게 찾는 것이다. 회전 운동의 측정에 있어 부정확한 동공의 중점은 부정확한 회전 운동 측정으로 이어지므로 3차원 영상 안진기에서는 중점의 정확한 추정이 매우 중요하다. 이를 위해 잡음에 영향을 적게 받는 동공 중점을 찾는 새로운 알고리즘을 제안하고 알고리즘의 성능에 영향을 주는 인자에 대해 분석하여 최적의 조건을 찾았다. 그리고 제안한 방법을 이용하여 안구의 수평, 수직, 회전 운동, 그리고 동공의 크기 변화를 측정할 수 있는 실시간 3차원 VOG 시스템을 구현하였다.
Superior orbital fissure syndrome is characterized by ophthalmoplegia, ptosis of the eye, reflex dilation of the pupil, and anesthesia of the upper eyelid and forehead. This syndrome may be the result of craniofacial fractures as well as neoplasms of the retrobulbar space, hematomas in the orbital muscle cone and retrobulbar space, and hematoma and infection of the cavernous sinus. A case of superior orbital fissure syndrome is described.
Purpose. The purpose of this study was to identify the clinical variables that predict functional and cognitive recovery at 1- and 6-month in both severe and moderate/mild traumatic brain injury patients. Methods. The subjects of this study were 82 traumatically brain-injured patients who were admitted to a Neurological Intensive Care Unit at a university hospital. Potential prognostic factors included were age, motor and pupillary response, systolic blood pressure, heart rate, and the presence of intracranial hematoma at admission. Results. The significant predictors of functional disability in severe traumatic brain injury subjects were, age, systolic blood pressure, the presence of intracranial hematoma, motor response, and heart rate at admission. In moderate/mild traumatic brain injury patients, motor response, abnormal pupil reflex, and heart rate at admission were identified as significant predictors of functional disability. On the other hand, the significant predictors of cognitive ability for severe traumatic brain injury patients were motor response and the presence of intracranial hematoma at admission, whereas those for moderate/mild patients were motor response, pupil reflex, systolic blood pressure at admission, and age. Conclusions. The results of the present study indicate that the significant predictors of TBI differ according to TBI severity on admission, outcome type, and outcome measurement time. This can be meaningful to critical care nurses for a better understanding on the prediction of brain injury patients. On the other hand, the model used in the present study appeared to produce relatively low explicabilities for functional and cognitive recovery although a direct comparison of our results with those of others is difficult due to differences in outcome definition and validation methods. This implies that other clinical variables should be added to the model used in the present study to increase its predicting power for determining functional and cognitive outcomes.
This study aims to report a case of oculomotor nerve palsy with mydriasis improved by Sa-Am acupuncture (大腸正格). The patient visited our clinic due to Right oculomotor nerve palsy with symptoms such as periocular pain, diplopia, vertigo, ptosis, eye adduction disorder, and mydriasis on November 11th, 2019. For the treatment, Sa-Am acupuncture (大腸正格) which used to give a significant effect on eye diseases and headaches and to remove toxins from the body was performed every time the patient visited the clinic. About a month after the treatment, ptosis disappeared, and eye adduction disorder also changed from -2 to 2 points, showing a significant improvement. Subjective symptoms such as vertigo, diplopia, and eye pain also significantly decreased from 13 to 4 points. At the second month of treatment, the eye adduction disorder improved to a normal level, and subjective ocular discomforts disappeared. The pupil size decreased from 5 mm to 2.5 mm. After 3-4 months from the start of treatment, most of the symptoms including the light reflex returned to normal. After a total of 32 acupunctures treatment, subjective symptoms such as periocular pain, diplopia and vertigo, as well as ptosis and eye adduction disorder disappeared, and the pupil size, including the light reflex, also improved to the normal level.
Strabismus is a misalignment of the eyes. It is divided into paralytic strabismus and non-paralytic strabismus. There are so many causes in paralytic strabismus, and the oculomotor nerve palsy is one of them. Many studies reported the etiology and clinical features of oculomotor nerve palsy. Common causes of oculomotor nerve palsy are idiopathic, vascula.; disease, aneurysm, head trauma, neoplasm and miscellaneous. Recently the proportion of traumatic cause has been increased, but the treatment is difficult as it used to be. In this case report, one case of traumatic oculomotor nerve palsy with zygomatic arch Fx and clavicle Fx were treated by herbal medicine and acupuncture. After Treatment, symptoms- ptosis, deviation of Lt. eye to downward & outward in primary position, diplopia, limited adduction & elevation & depression, dilated pupil without pupil reflex- were improved. There are so many hypothesises but no definite guide lines are established about the oriental medical treatment of oculomotor nerve palsy, so we expect the establishment of definite guide lines by further clinical studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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