스마트폰 기반 안구건조증 원격 분석 시스템
Smartphone-based Remote Analysis System for Dry-eye Disease with Chatbot-enabled Communication
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초록
스마트폰 카메라와 챗봇을 활용하여 안구건조증 진단을 위한 효율적인 원격 분석 시스템을 개발하였다. 본 시스템은 중심 파장이 490 nm인 청색 LED를 광원으로 활용한 광학 설계를 기반으로 한다. 청색 LED가 방출하는 빛은 밴드패스 필터(band pass filter)를 통과한 후 다이크로 익(dichroic) 거울에 의해 반사되어 플루오레세인 나트륨(fluorescein sodium)이 도포된 안구로 입사되며, 형광 신호는 다이크로익 거울을 통과하여 스마트폰 카메라에 수집된다. 이때 스마트폰으로 녹화된 동영상 데이터를 분석하기 위해 본 연구에서는 안구건조증 진단의 핵심 지표인 눈물막 파괴 시간을 계산하는 알고리즘을 개발하였다. 본 시스템은 청색 LED와 밴드패스 필터, 다이크로익 거울의 결합 구조와 디지털 그린 색상 필터 추가를 통해 이미지 대비를 향상시키고, 고품질의 이미지를 제공할 수 있도록 설계되었다. 또한 광학 시스템은 인라인 방식으로 구성되어 형광 신호의 균일성을 확보하였으며, 경제성을 고려하여 저가의 광원과 3D 프린팅된 부품, 그리고 스마트폰 카메라를 결합함으로써 제작 비용을 크게 절감하였다. 진단 알고리즘은 스마트폰 기반의 텔레그램(telegram) 챗봇을 통해 구현되었으며, 이를 통해 사용자는 전문 광학 지식 없이도 손쉽게 시스템을 활용하여 진단 결과를 확인할 수 있다. 본 시스템은 수 분 내에 안구건조증 여부를 판별하고, 결과를 사용자 에게 제공함으로써 신속하고 간편한 진단 경험을 지원한다.
Abstract
We develop an innovative smartphone-based remote analysis system for diagnosing dry-eye disease, integrating advanced imaging technology with chatbot-enabled communication. The system features a blue-LED light source with a central wavelength of 490 nm, incorporated into an optical setupdesigned for fluorescence imaging. The fluorescence signal generated by the blue LED is filtered through a band pass filter, reflected by a dichroicmirror, and captured by a smartphone camera serving as the detector. To analyze the recorded videos, we implement a custom algorithm to calculatethe tear-film breakup time, a critical parameter in diagnosing dry-eye disease. Compared to conventional devices, the inline design of the opticalsystem enhances contrast, improving diagnostic accuracy. By combining a smartphone camera with a compact, 3D-printed illumination component, the device is both user-friendly and accessible, requiring no specialized knowledge of optical systems. The diagnostic process is further streamlined through a Telegram-based chatbot, which facilitates seamless communication between the user and the imaging system. The chatbot processes therecorded data and delivers diagnostic results within minutes, offering patients a convenient and cost-effective solution for assessing dry-eye disease.