KR102622758B1 - System and method for predicating position of capsule endoscope - Google Patents
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Abstract
본 기술은 캡슐내시경의 위치 예측 시스템 및 방법이 개시된다. 이러한 본 기술에 대한 구체적인 구현 예는 캡슐 위치 변동에 따른 채널 별 위상차 변화에 대한 기 저장된 위상차 패턴과 입력된 디지털 형태의 위상차 신호를 토대로 캡슐 위치를 추정함에 따라, 내시경용 캡슐로부터 전송한 작은 크기의 원신호에 대해 안정적인 위상차 신호를 도출할 수 있고, 실시간으로 캡슐 위치를 도출할 수 있으며, 이에 병변 위치의 정확도 및 병변 진단율을 높일 수 있다.This technology discloses a system and method for predicting the position of a capsule endoscope. A specific implementation example of this technology is to estimate the capsule position based on the pre-stored phase difference pattern for each channel due to the change in capsule position and the input digital phase difference signal, and the small size transmitted from the endoscopic capsule A stable phase difference signal can be derived from the original signal, and the capsule position can be derived in real time, thereby increasing the accuracy of lesion location and lesion diagnosis rate.
Description
본 발명은 캡슐내시경 위치 예측 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캡슐 위치 및 각도 변동에 따른 채널 별 위상차 변화에 대해 기 저장된 위상차 패턴과 입력된 디지털 형태의 위상차 신호를 토대로 캡슐 위치 및 각도를 추정할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a capsule endoscope position prediction system and method. More specifically, the capsule position and angle are determined based on a pre-stored phase difference pattern and an input digital phase difference signal for changes in phase difference for each channel due to changes in capsule position and angle. It is about technology that allows estimation.
캡슐 내시경은 위장 및 대장의 병변 검사를 수행하는 장비로서, RSSI(Received Signal Strength Indicator) 방식으로 캡슐 내 소정 수의 안테나를 통해 전송되는 영상신호인 RF신호의 크기 및 캡슐의 위치를 측정한다.Capsule endoscopy is a device that performs examination of lesions in the stomach and large intestine. It measures the size of the RF signal, which is an image signal, transmitted through a certain number of antennas in the capsule and the position of the capsule using the RSSI (Received Signal Strength Indicator) method.
그러나, 전송되는 RF신호의 세기가 작기 때문에 RSSI 신호가 작고 이러한 RSSI 신호는 환경의 영향을 크게 받기 때문에 안정적인 크기와 위치에 대한 패턴 획득이 어려운 한계에 도달하였다.However, because the strength of the transmitted RF signal is small, the RSSI signal is small, and this RSSI signal is greatly influenced by the environment, reaching a limit where it is difficult to obtain a stable pattern of size and location.
이에 본 출원인은 내시경용 캡슐로부터 전달되는 원신호의 위상차를 토대로 캡슐의 위치 변동에 따른 위상차에 대한 패턴을 생성하여 저장하고 입력된 원신호를 기 저장된 패턴으로 캡슐 위치를 추정하는 방안을 제안하고자 한다. Accordingly, the present applicant would like to propose a method of generating and storing a pattern for the phase difference according to the position change of the capsule based on the phase difference of the original signal transmitted from the endoscopic capsule and estimating the capsule position from the input original signal using the previously stored pattern. .
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 캡슐 위치 변동에 따른 채널 별 위상차 변화에 대한 기 저장된 위상차 패턴과 입력된 디지털 형태의 위상차 신호를 토대로 캡슐 위치 및 각도를 추정함에 따라 원신호로부터 안정적인 위상차를 도출할 수 있고, 캡슐 위치의 정확도를 근본적으로 향상시킬 수 있으며, 병변 위치를 정확하게 파악할 수 있으며, 이에 병변 진단율을 높이기 위한 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to derive a stable phase difference from the original signal by estimating the capsule position and angle based on the pre-stored phase difference pattern for the phase difference change for each channel due to the capsule position change and the input digital phase difference signal. This is to fundamentally improve the accuracy of capsule location, accurately identify the location of the lesion, and thereby increase the lesion diagnosis rate.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood through the following description and will be more clearly understood through the examples of the present invention. Additionally, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof as set forth in the claims.
본 발명의 한 실시예에 따른 캡슐내시경의 위치 예측 시스템은,The position prediction system for a capsule endoscope according to an embodiment of the present invention,
캡슐내시경으로부터 송출된 특정 주파수의 캐리어 신호가 포함된 원신호를 다수의 안테나를 통해 수신한 다음 수신된 원신호의 위상차를 도출하여 도출된 위상차를 디지털 형태로 변환하는 외부장비;External equipment that receives an original signal containing a carrier signal of a specific frequency transmitted from a capsule endoscope through a plurality of antennas, then derives the phase difference of the received original signal and converts the derived phase difference into digital form;
상기 외부장비로부터 전달받은 디지털형태의 위상차 신호를 특정 길이의 세그먼트로 분할하여 시간에 따른 캐리어 신호의 위상차를 추출하는 신호처리장치;a signal processing device that divides the digital phase difference signal received from the external equipment into segments of a specific length and extracts the phase difference of the carrier signal over time;
상기 외부장비와 상기 신호처리장치를 거쳐 획득한 채널 별 위상차 신호를 캡슐의 여러 위치와 여러 각도의 변화에 따른 채널별 위상차 신호의 패턴을 미리 측정하여 기 저장하는 패턴 저장장치; 및a pattern storage device that measures and stores in advance the pattern of the phase difference signal for each channel according to changes in various positions and angles of the capsule, using the phase difference signal for each channel acquired through the external equipment and the signal processing device; and
상기 외부장비와 상기 신호처리장치를 통해 전달받은 디지털 형태의 위상차 신호를 상기 패턴저장장치에 저장된 패턴과 비교하여 실시간으로 캡슐의 위치와 각도를 추정하는 위치 추정장치로 구비되는 것을 일 특징으로 한다.One feature is that it is provided as a position estimation device that estimates the position and angle of the capsule in real time by comparing the digital phase difference signal received through the external equipment and the signal processing device with the pattern stored in the pattern storage device.
바람직하게 상기 외부장비는,Preferably, the external equipment is,
다수의 안테나;multiple antennas;
상기 안테나를 통해 수신된 원신호 중 소정 주파수 대역의 원신호를 통과시키는 BPF(Band Pass Filter); a BPF (Band Pass Filter) that passes the original signal in a predetermined frequency band among the original signals received through the antenna;
상기 소정 주파수 대역의 원신호의 위상차 신호를 검출하는 위상 검출기(PD: Phase Detector); 및A phase detector (PD: Phase Detector) that detects a phase difference signal of the original signal in the predetermined frequency band; and
상기 원신호의 위상차 신호를 디지털 형태로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다.It may include an ADC (Analog to Digital Converter) that converts the phase difference signal of the original signal into digital form.
바람직하게 상기 신호처리장치는, Preferably, the signal processing device is:
상기 외부 장치를 통해 수신된 특정 길이의 세그먼트 신호 내에서 캐리어 신호가 포함된 구간의 패턴을 커널로 생성 및 저장하는 커널모듈; 및A kernel module that generates and stores a pattern of a section containing a carrier signal within a segment signal of a specific length received through the external device as a kernel; and
상기 커널과 상기 위상차 신호를 컨볼루션하여 세그먼트 내의 캐리어 신호 구간의 위치를 추출하여 캐리어 신호의 위상차만의 평균을 구하여 양자화하는 양자화모듈로 구비될 수 있다.It may be provided as a quantization module that convolves the kernel and the phase difference signal to extract the position of the carrier signal section within the segment, calculates the average of only the phase difference of the carrier signal, and quantizes it.
바람직하게 상기 위치 추정장치는,Preferably, the location estimation device,
하나의 캡슐 위치 및 각도에서 상기 신호처리장치의 양자화 모듈을 통해 얻어진 특정 시간에서의 채널 별 위상차 신호와 상기 패턴 저장장치에 기 저장된 특정 위치와 각도에서의 채널 별 위상차 패턴에 대한 유사도를 토대로 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비될 수 있다.Capsule position based on the similarity between the phase difference signal for each channel at a specific time obtained through the quantization module of the signal processing device at one capsule position and angle and the phase difference pattern for each channel at a specific position and angle previously stored in the pattern storage device. and may be provided to estimate the angle.
바람직하게 상기 위치 추정장치는,Preferably, the location estimation device,
상기 패턴 저장장치에 기 저장된 특정 위치와 각도에 대한 채널별 위상차 패턴을 입력으로 하고, 해당 위치 및 각도를 정답으로 하여 학습 모델을 구축하고, 각 입력에 대해 신경망에서 추정된 캡슐의 위치 및 각도와 정답 위치 및 각도 간의 오차로 훈련한 신경망을 사용하여 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비될 수 있다.본 발명의 한 실시예에 따른 캡슐내시경의 위치 예측 시스템의 제어방법은,The phase difference pattern for each channel for a specific position and angle previously stored in the pattern storage device is input, a learning model is constructed using the position and angle as the correct answer, and the position and angle of the capsule estimated from the neural network for each input are calculated. It may be equipped to estimate the capsule position and angle using a neural network trained with the error between the correct position and angle. The control method of the position prediction system of the capsule endoscope according to an embodiment of the present invention includes the following:
캡슐내시경으로부터 송출된 특정 주파수의 캐리어 신호가 포함된 원신호를 다수의 안테나를 통해 수신한 다음 수신된 특정 주파수의 원신호 신호의 위상차를 도출하여 도출된 위상차를 디지털 형태로 변환하는 단계;Receiving a raw signal containing a carrier signal of a specific frequency transmitted from a capsule endoscope through a plurality of antennas, then deriving the phase difference of the received raw signal signal of a specific frequency and converting the derived phase difference into digital form;
외부장비로부터 전달받은 디지털 형태의 위상차 신호를 특정 길이의 세그먼트로 분할하여 시간에 따른 캐리어 신호에서의 위상차 신호를 추출하는 단계; Dividing a digital phase difference signal received from an external device into segments of a specific length and extracting a phase difference signal from the carrier signal over time;
획득한 채널 별 위상차 신호를 캡슐의 여러 위치와 여러 각도의 변화에 따른 채널별 위상차 신호의 패턴을 미리 측정하여 기 저장하는 단계; 및Preliminarily measuring and storing the acquired phase difference signal for each channel according to changes in various positions and angles of the capsule; and
상기 외부장비로부터 전달받은 디지털 형태의 위상차 신호를 기 저장된 패턴과 비교하여 실시간으로 캡슐의 위치와 각도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.One feature includes the step of estimating the position and angle of the capsule in real time by comparing the digital phase difference signal received from the external equipment with a pre-stored pattern.
바람직하게 상기 캡슐의 위치를 추정하는 단계는, Preferably, the step of estimating the position of the capsule is,
하나의 캡슐 위치 및 각도에서 얻어진 특정 시간에서의 채널 별 위상차 신호와 기 저장된 특정 위치와 각도에서의 채널 별 위상차 패턴의 유사도를 토대로 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비될 수 있다. It may be equipped to estimate the capsule position and angle based on the similarity of the phase difference signal for each channel at a specific time obtained from one capsule position and angle and the phase difference pattern for each channel at a pre-stored specific position and angle.
바람직하게 상기 캡슐의 위치를 추정하는 단계는, Preferably, the step of estimating the position of the capsule is,
상기 패턴 저장장치에 기 저장된 특정 위치와 각도에 대한 채널별 위상차 패턴을 입력으로 하고, 측정한 해당 위치 및 각도를 정답으로 하여 학습 모델을 구축하여, 각 입력에 대해 신경망에서 추정된 캡슐의 위치 및 각도와 정답 위치 및 각도 간의 오차로 훈련한 신경망을 사용하여 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비하도록 구비될 수 있다.The phase difference pattern for each channel for a specific position and angle previously stored in the pattern storage device is input, and a learning model is constructed using the measured position and angle as the correct answer, and the position of the capsule estimated by the neural network for each input and It may be equipped to estimate the capsule position and angle using a neural network trained with the error between the angle and the correct answer position and angle.
일 실시 예에 따르면, 캡슐 위치 및 각도 변동에 따른 채널 별 위상차 변화에 대해 기 저장된 위상차 패턴과 입력된 디지털 형태의 위상차를 토대로 캡슐 위치 및 각도를 추정함에 따라, 작은 원신호로부터 안정적인 위상차 신호를 도출할 수 있고, 캡슐 위치의 정확도를 근본적으로 향상시킬 수 있으며, 병변 위치를 정확하게 파악할 수 있으며, 이에 병변 진단율을 높일 수 있다.According to one embodiment, the capsule position and angle are estimated based on a pre-stored phase difference pattern and the input digital phase difference for each channel due to changes in capsule position and angle, thereby deriving a stable phase difference signal from a small original signal. The accuracy of capsule location can be fundamentally improved, the lesion location can be accurately identified, and the lesion diagnosis rate can be increased.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일 실시예에 따른 캡슐내시경의 위치 예측 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 외부장비의 세부 구성도이다.
도 3은 도 2의 외부장비의 안테나 설치 예시도이다.
도 4는 도 1의 신호처리장치의 세부 구성도이다
도 5는 도 4의 신호처리장치의 처리 알고리즘을 보인 도이다.
도 6은 도 4의 신호처리장치의 각 부의 출력 파형도이다.
도 7은 도 1의 패턴 저장장치의 처리 알고리즘을 보인 도이다.
도 8은 일 실시예에 의거한 캡슐 위치 변동에 따른 채널 별 위상차 신호 변화에 대한 패턴을 보인 예시도들이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention described later, serve to further understand the technical idea of the present invention. Therefore, the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
1 is a configuration diagram of a position prediction system for a capsule endoscope according to an embodiment.
Figure 2 is a detailed configuration diagram of the external equipment of Figure 1.
Figure 3 is an example of antenna installation of the external equipment of Figure 2.
Figure 4 is a detailed configuration diagram of the signal processing device of Figure 1.
Figure 5 is a diagram showing the processing algorithm of the signal processing device of Figure 4.
Figure 6 is an output waveform diagram of each part of the signal processing device of Figure 4.
Figure 7 is a diagram showing the processing algorithm of the pattern storage device of Figure 1.
Figure 8 is an example diagram showing a pattern of phase difference signal change for each channel according to capsule position change according to an embodiment.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only and may be modified and implemented in various forms. Accordingly, the embodiments are not limited to the specific disclosed form, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical spirit.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of the described features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the relevant technical field. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.
본 명세서에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어들에 대하여 명확하게 하기로 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 의료영상신호는 혈관 내시경 또는 위 대장 내시경용 캡슐에서 획득하여 전송되는 신호이고, 원신호는 안테나를 통해 의료영상 중 소정 주파수 대역을 통과한 신호이다. 또한 명세서 전반에 걸쳐 있는 원신호 또는 의료영상은 RF 형태인 것을 일 례로 설명하고 있으나 이에 한정하지 아니한다. Before explaining the specification, some terms used in the specification will be clarified. For example, in this specification, a medical image signal is a signal acquired and transmitted from a capsule for vascular endoscopy or gastrointestinal endoscopy, and the original signal is a signal that passes through a predetermined frequency band among medical images through an antenna. In addition, the original signal or medical image throughout the specification is explained as an example in RF format, but is not limited to this.
이에 일 실시예는 내시경용 캡슐로부터 전달되는 원신호의 위상차를 토대로 캡슐의 위치 변동에 따른 위상차에 대한 패턴을 생성하여 저장하고 입력된 원신호를 기 저장된 패턴을 기반으로 캡슐 위치를 추정한다.Accordingly, in one embodiment, a pattern for the phase difference according to the position change of the capsule is generated and stored based on the phase difference of the original signal transmitted from the endoscopic capsule, and the capsule position is estimated based on the previously stored pattern of the input original signal.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings.
도 1은 일 실시예에 따른 내시경용 캡슐 위치 예측 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 외부 장비의 세부 구성도이며, 도 3은 도 2의 외부장비의 안테나 설치 예시도이고, 도 4는 도 1의 신호처리장치의 세부 구성도이고, 도 5는 도 4의 신호처리장치의 처리 알고리즘을 보인 도이며, 도 6은 도 1의 신호처리장치의 각 부의 출력 파형도이고, 도 7은 일 실시예에 의거한 캡슐 위치 변동에 따른 채널 별 위상차 신호 변화에 대한 패턴을 보인 예시도들이다. FIG. 1 is a configuration diagram of an endoscope capsule position prediction system according to an embodiment, FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the external equipment of FIG. 1, FIG. 3 is an example antenna installation diagram of the external equipment of FIG. 2, and FIG. 4 is a detailed configuration diagram of the signal processing device of FIG. 1, FIG. 5 is a diagram showing the processing algorithm of the signal processing device of FIG. 4, FIG. 6 is an output waveform diagram of each part of the signal processing device of FIG. 1, and FIG. 7 is These are example diagrams showing patterns of phase difference signal changes for each channel according to capsule position changes according to an embodiment.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 일 실시예의 캡슐내시경의 위치 예측 시스템은, 외부장비(1), 신호처리장치(2), 패턴 저장장치(3), 및 위치 추정장치(4)를 포함하여, 기 저장된 캡슐 위치 및 각도 변동에 따른 채널 별 위상차 변화에 대한 위상차 패턴과 입력된 디지털 형태의 위상차 신호를 토대로 캡슐 위치를 추정하는 구성을 갖춘다. Referring to FIGS. 1 to 7, the position prediction system of the capsule endoscope of one embodiment includes an external device (1), a signal processing device (2), a pattern storage device (3), and a position estimation device (4). , It is equipped with a configuration that estimates the capsule position based on the phase difference pattern for each channel according to the previously stored capsule position and angle change and the input digital phase difference signal.
여기서, 외부장비(1)는 캡슐내시경으로부터 송출된 특정 주파수의 캐리어 신호가 포함된 원신호를 다수의 안테나를 통해 수신한 다음 수신된 원신호의 위상차를 도출하여 도출된 위상차를 디지털 형태로 변환하는 구성을 갖추며, 이에 도 2를 참조하면, 다수의 안테나(11), BPF(Band Pass Filter 12), PD(Phase Detector)(13), 및 ADC(Analog to Digital Converter)(14)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 특정 주파수는 RF 주파수로 캡슐 내시경에서 사용 가능한 주파수이며, 일 례로 915MHz 대역이다.Here, the external equipment (1) receives the raw signal containing the carrier signal of a specific frequency transmitted from the capsule endoscope through a plurality of antennas, then derives the phase difference of the received original signal and converts the derived phase difference into digital form. It has a configuration, and referring to FIG. 2, it may include a plurality of antennas (11), a Band Pass Filter (BPF) 12, a Phase Detector (PD) (13), and an Analog to Digital Converter (ADC) (14). there is. Here, the specific frequency is an RF frequency that can be used in a capsule endoscope, for example, the 915 MHz band.
일 례로, 도 3을 참조하면, 외부장비(1)는 인체 크기 비율을 고려하여 제작되며, RF신호의 감쇠를 최소화하기 위해 아크릴로 제작되며 2층 구조로 구비될 수 있다. 그리고, 제작된 외부장비(1)는 8개의 세라믹 안테나가 고정 설치되며, 각 안테나를 통해 수신되는 RF신호는 0~1.8V 범위를 가지며, 각 안테나는 0.1V 당 10의 RF신호 차가 발생되며, 각 안테나의 8 개의 RF 형태의 원신호는 분배 어댑터를 이용하여 16개의 신호선으로 분리한 다음 16개의 신호선에서 획득된다.For example, referring to FIG. 3, the external equipment 1 is manufactured in consideration of the human body size ratio, is made of acrylic to minimize attenuation of RF signals, and may be provided in a two-layer structure. In addition, the manufactured external equipment (1) has 8 ceramic antennas fixedly installed, and the RF signal received through each antenna has a range of 0 to 1.8V, and each antenna generates a 10 RF signal difference per 0.1V, The 8 RF-type raw signals from each antenna are separated into 16 signal lines using a distribution adapter and then obtained from the 16 signal lines.
그리고 BPF(12)는 획득된 각 안테나의 RF 형태의 원신호를 입력으로 소정 주파수 대역의 RF형태의 원신호를 통과하고 통과된 원신호는 PD(13)에 전달되며, PD(13)는 일정한 주기성을 가지는 위상신호의 주기로 획득된 위상신호를 샘플링한 다음 샘플링된 원신호의 위상차를 검출한다. 검출된 위상차는 ADC(14)에 의거 디지털 형태로 변환된다. 디지털 형태로 변환된 위상차는 신호처리장치(2)로 전달된다. 이때 원신호는 특정주파수의 캐리어신호가 포함된다.In addition, the BPF (12) receives the RF-type raw signal from each antenna as input, passes the RF-type raw signal in a predetermined frequency band, and the passed raw signal is transmitted to the PD (13), and the PD (13) The phase signal obtained at the period of the phase signal having periodicity is sampled, and then the phase difference of the sampled original signal is detected. The detected phase difference is converted into digital form by the ADC 14. The phase difference converted into digital form is transmitted to the signal processing device (2). At this time, the original signal includes a carrier signal of a specific frequency.
이에 신호처리장치(2)는 상기 외부장비로부터 전달받은 디지털형태의 위상차 신호를 특정 길이의 세그먼트로 분할하여 시간에 따른 캐리어 신호의 위상차를 추출하는 구성을 갖춘다. 여기서, 특정 길이는 캐리어 주파수가 검츨 가능한 시간 단위이다. Accordingly, the signal processing device 2 is configured to extract the phase difference of the carrier signal over time by dividing the digital phase difference signal received from the external equipment into segments of a specific length. Here, the specific length is a time unit in which the carrier frequency can be detected.
즉, 신호처리장치(2)는 도 4에 도시된 바와 같이, 커널모듈(21), 양자화모듈(22)을 포함할 수 있다. 이에 신호처리장치(2)는 외부장비(1)를 통해 수신된 특정 길이의 세그먼트 신호 내에서 캐리어 신호가 포함된 구간의 패턴을 커널로 생성 및 저장하고, 커널과 상기 위상차 신호를 컨볼루션하여 세그먼트 내의 캐리어 신호 구간의 위치를 추출하여 캐리어 신호의 위상차만의 평균을 구하여 양자화한다. 이하 신호처리장치(2)의 동작 과정을 도 5을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 즉, 커널모듈(21)은 외부장비(1)를 통해 수신된 특정 길이의 세그먼트 신호 내에서 캐리어 신호가 포함된 구간의 패턴을 커널로 생성 및 저장하고, , 양자화모듈(22)은 커널과 상기 위상차 신호를 컨볼루션하여 세그먼트 내의 캐리어 신호 구간의 위치를 추출하여 캐리어 신호의 위상차만의 평균을 구하여 양자화한다..That is, the signal processing device 2 may include a kernel module 21 and a quantization module 22, as shown in FIG. 4. Accordingly, the signal processing device 2 generates and stores a pattern of a section containing a carrier signal within a segment signal of a specific length received through the external equipment 1 as a kernel, and convolves the kernel with the phase difference signal to create a segment. The position of the carrier signal section is extracted, the average of only the phase difference of the carrier signal is calculated, and quantized. The operation process of the signal processing device 2 will be described below with reference to FIG. 5. That is, the kernel module 21 generates and stores the pattern of the section containing the carrier signal within the segment signal of a specific length received through the external equipment 1 as a kernel, and the quantization module 22 generates and stores the kernel and the above. The phase difference signal is convolved to extract the position of the carrier signal section within the segment, and the average of only the phase difference of the carrier signal is obtained and quantized.
이에 양자화모듈(22)의 캐리어신호의 위상차는 작은 크기의 원신호로부터 획득된 PD(13)의 위상차 신호보다 안정적인 신호이다. Accordingly, the phase difference of the carrier signal of the quantization module 22 is a more stable signal than the phase difference signal of the PD 13 obtained from a small-sized original signal.
도 6을 참조하면, 일정한 주기성을 가지는 원신호(raw data)는 (a)에 도시된 바와 같고, 원신호의 한 주기로 제작된 커널은 (b)에 도시된 바와 같다. 또한, 제작된 커널과 원신호의 컨볼루션(Convolution)의 결과값은 (c)에 도시된 바와 같고, 도출된 컨볼루션 결과신호와 원신호를 결합한 위상차 신호는 (d)에 도시된 바와 같다. Referring to FIG. 6, raw data with a certain periodicity is shown in (a), and a kernel produced from one cycle of the raw signal is shown in (b). In addition, the result of convolution of the produced kernel and the original signal is as shown in (c), and the phase difference signal combining the derived convolution result signal and the original signal is as shown in (d).
한편, 패턴 저장장치(3)는 외부장비(1)와 상기 신호처리장치를 거쳐 획득한 채널 별 위상차 신호를 캡슐의 여러 위치와 여러 각도의 변화에 따른 채널별 위상차 신호의 패턴을 미리 측정하여 기 저장한다.Meanwhile, the pattern storage device 3 measures the phase difference signal for each channel acquired through the external equipment 1 and the signal processing device in advance by measuring the pattern of the phase difference signal for each channel according to changes in various positions and angles of the capsule. Save.
도 7을 참조하면, 패턴 저장장치(3)는 외부장비(1)를 통해 수신된 캡슐 내시경의 원신호를 수신하고, 신호 처리장치(2)를 통해 원신호에 대한 위상차 신호를 획득한 다음 패턴을 저장한 후 캡슐의 위치 및 각도를 변경하여 외부장비(1)를 통해 캡슐 내시경의 원신호를 수신한다. 전술한 패턴 생성 과정은 캡슐의 위치 및 각도를 순차적으로 변경한 다음 수신된 캡슐의 패턴을 생성하여 저장한다.
도 8은 일 실시예에 의거한 캡슐 위치 변동에 따른 채널 별 위상차 신호 변화에 대한 패턴을 보인 예시도들이다. 도 8을 참조하면, 패턴 저장장치(3)에 저장된 캡슐 위치 및 각도 변동에 따른 채널 별 위상차 변화를 나타낸 패턴으로, 각도 고정과 x, y 2차원으로 변동되는 캡슐 위치에 따른 채널 별 위상차의 변화를 나타낸 패턴은 (a)에 도시된 바와 같고 캡슐의 위치 고정 및 각도 변동에 따른 채널 별 위상차 변화를 나타낸 패턴은 (b)에 도시된 바와 같다. Referring to FIG. 7, the pattern storage device 3 receives the original signal of the capsule endoscope received through the external equipment 1, acquires a phase difference signal for the original signal through the signal processing device 2, and then prints the pattern. After saving, change the position and angle of the capsule and receive the original signal from the capsule endoscope through external equipment (1). In the above-described pattern creation process, the position and angle of the capsule are sequentially changed, and then the pattern of the received capsule is created and stored.
Figure 8 is an example diagram showing a pattern of phase difference signal change for each channel according to capsule position change according to an embodiment. Referring to FIG. 8, it is a pattern showing the change in phase difference for each channel according to the capsule position and angle change stored in the pattern storage device 3. The change in phase difference for each channel according to the capsule position changes in two dimensions with a fixed angle and x and y. The pattern showing is as shown in (a), and the pattern showing the phase difference change for each channel according to the position fixation and angle change of the capsule is shown in (b).
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한편, 위치 추정장치(4)는 외부장비(1)와 상기 신호처리장치(2)를 통해 전달받은 디지털 형태의 위상차 신호를 패턴저장장치(3)에 저장된 패턴과 비교하여 실시간으로 캡슐의 위치와 각도를 추정할 수 있다. Meanwhile, the position estimation device 4 compares the digital phase difference signal received through the external equipment 1 and the signal processing device 2 with the pattern stored in the pattern storage device 3 to determine the position of the capsule in real time. The angle can be estimated.
여기서, 위치 추정장치(4)는 일 례로, 하나의 캡슐 위치 및 각도에서 신호처리장치(2)의 양자화 모듈(22)을 통해 얻어진 특정 시간에서의 채널 별 위상차 신호와 패턴 저장장치(3)에 기 저장된 특정 위치와 각도에서의 채널 별 위상차 패턴에 대한 유사도를 토대로 캡슐 위치와 각도를 추정할 수 있다. 여기서 특정 시간은 하나의 캡슐 위치 및 각도에서 신호처리장치(2)의 양자화 모듈(22)을 통해 위상차 신호를 얻는 현재 시간이고 특정 위치는 상기 하나의 캡슐 위치 및 각도이다. 또 다른 례로 위치 추정장치(4)는 패턴 저장장치(3)에 기 저장된 특정 위치와 각도에 대한 채널별 위상차 패턴을 입력으로 하고, 해당 위치 및 각도를 정답으로 하여 학습 모델을 구축하고, 각 입력에 대해 신경망에서 추정된 캡슐의 위치 및 각도와 정답 위치 및 각도 간의 오차로 훈련한 신경망을 사용하여 캡슐 위치와 각도를 추정할 수 있다.. Here, the position estimation device 4, for example, stores the phase difference signal for each channel at a specific time obtained through the quantization module 22 of the signal processing device 2 at one capsule position and angle and the pattern storage device 3. The capsule position and angle can be estimated based on the similarity of the phase difference pattern for each channel at a previously stored specific position and angle. Here, the specific time is the current time of obtaining a phase difference signal through the quantization module 22 of the signal processing device 2 at the position and angle of one capsule, and the specific position is the position and angle of the one capsule. In another example, the position estimation device 4 takes as input the phase difference pattern for each channel for a specific position and angle previously stored in the pattern storage device 3, builds a learning model with the corresponding position and angle as the correct answer, and calculates each input The capsule position and angle can be estimated using a neural network trained with the error between the position and angle of the capsule estimated by the neural network and the correct position and angle.
이에 일 실시예는 캡슐 위치 및 각도 변동에 따른 채널 별 위상차 변화에 대한 기 저장된 위상차 패턴과 입력된 디지털 형태의 위상차 신호를 토대로 캡슐 위치 및 각도를 추정함에 따라, 내시경용 캡슐로부터 전송한 작은 크기의 원신호에 대해 안정적인 위상차 신호를 도출할 수 있고, 실시간으로 캡슐 위치를 도출할 수 있으며, 이에 병변 위치의 정확도 및 병변 진단율을 높일 수 있다. Accordingly, in one embodiment, the capsule position and angle are estimated based on the pre-stored phase difference pattern for each channel according to the capsule position and angle change and the input digital phase difference signal, and the small size transmitted from the endoscope capsule is estimated. A stable phase difference signal can be derived from the original signal, and the capsule position can be derived in real time, thereby increasing the accuracy of lesion location and lesion diagnosis rate.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.
캡슐 위치 및 각도 변동에 따른 채널 별 위상차 변화에 대한 기 저장된 위상차 패턴과 입력된 디지털 형태의 위상차 신호를 토대로 캡슐 위치 및 각도를 추정함에 따라, 내시경용 캡슐로부터 전송한 작은 크기의 원신호에 대해 안정적인 위상차 신호를 도출할 수 있고, 실시간으로 캡슐 위치를 도출할 수 있으며, 이에 병변 위치의 정확도 및 병변 진단율을 높일 수 있는 캡슐내시경 위치 예측 시스템 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 다양한 분야에서의 적용할 수 있고, 의료영상의 핵심 기술을 확보함에 따라 관련 산업분야의 진단 모니터링을 적극적으로 활용할 수 있고, 의료영상 진단 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.By estimating the capsule position and angle based on the pre-stored phase difference pattern for each channel due to changes in capsule position and angle and the input digital phase difference signal, the small-sized original signal transmitted from the endoscope capsule is stable. The operation accuracy and reliability of the capsule endoscope position prediction system and method, which can derive a phase contrast signal and the capsule position in real time, thereby increasing the accuracy of the lesion position and lesion diagnosis rate, and further performance efficiency It can bring about great progress in the field, can be applied in a variety of fields, and by securing the core technology of medical imaging, diagnostic monitoring in related industries can be actively utilized, and the commercialization or sales of medical imaging diagnostic systems can be facilitated. It is an invention that has industrial applicability because it not only has sufficient potential but can also be clearly implemented in reality.
1 : 외부장비
11 : 다수의 안테나
12 : BPF
13 : PD
14 : ADC
2 : 신호처리장치
21 : 커널모듈
22 : 양자화모듈
3 : 패턴 저장장치
4 : 위치 추정장치 1: External equipment
11: Multiple antennas
12: BPF
13: P.D.
14: ADC
2: Signal processing device
21: Kernel module
22: Quantization module
3: Pattern storage device
4: Location estimation device
Claims (8)
상기 외부장비로부터 전달받은 디지털형태의 위상차 신호를 특정 길이의 세그먼트로 분할하여 시간에 따른 캐리어 신호의 위상차를 추출하는 신호처리장치;
상기 외부장비와 상기 신호처리장치를 거쳐 획득한 채널 별 위상차 신호를 캡슐의 여러 위치와 여러 각도의 변화에 따른 채널별 위상차 신호의 패턴을 미리 측정하여 기 저장하는 패턴 저장장치; 및
상기 외부장비와 상기 신호처리장치를 통해 전달받은 디지털 형태의 위상차 신호를 상기 패턴저장장치에 저장된 패턴과 비교하여 실시간으로 캡슐의 위치와 각도를 추정하는 위치 추정장치로 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐내시경의 위치 예측 시스템.
External equipment that receives an original signal containing a carrier signal of a specific frequency transmitted from a capsule endoscope through a plurality of antennas, then derives the phase difference of the received original signal and converts the derived phase difference into digital form;
a signal processing device that divides the digital phase difference signal received from the external equipment into segments of a specific length and extracts the phase difference of the carrier signal over time;
a pattern storage device that measures and stores in advance the pattern of the phase difference signal for each channel according to changes in various positions and angles of the capsule, using the phase difference signal for each channel acquired through the external equipment and the signal processing device; and
A capsule endoscope, characterized in that it is equipped with a position estimation device that estimates the position and angle of the capsule in real time by comparing the digital phase difference signal received through the external equipment and the signal processing device with the pattern stored in the pattern storage device. location prediction system.
다수의 안테나;
상기 안테나를 통해 수신된 원신호 중 소정 주파수 대역의 원신호를 통과시키는 BPF(Band Pass Filter);
상기 소정 주파수 대역의 원신호의 위상차 신호를 검출하는 위상 검출기(PD: Phase Detector); 및
상기 원신호의 위상차 신호를 디지털 형태로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐내시경의 위치 예측 시스템.The method of claim 1, wherein the external equipment is:
multiple antennas;
a BPF (Band Pass Filter) that passes the original signal in a predetermined frequency band among the original signals received through the antenna;
A phase detector (PD: Phase Detector) that detects a phase difference signal of the original signal in the predetermined frequency band; and
A position prediction system for a capsule endoscope, comprising an ADC (Analog to Digital Converter) that converts the phase difference signal of the original signal into digital form.
상기 외부장비를 통해 수신된 특정 길이의 세그먼트 신호 내에서 캐리어 신호가 포함된 구간의 패턴을 커널로 생성 및 저장하는 커널모듈; 및
상기 커널과 상기 위상차 신호를 컨볼루션하여 세그먼트 내의 캐리어 신호 구간의 위치를 추출하여 캐리어 신호의 위상차만의 평균을 구하여 양자화하는 양자화모듈로 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐내시경의 위치 예측 시스템.The method of claim 1, wherein the signal processing device:
A kernel module that generates and stores a pattern of a section containing a carrier signal within a segment signal of a specific length received through the external device as a kernel; and
A position prediction system for a capsule endoscope, characterized in that it is provided with a quantization module that convolves the kernel and the phase difference signal to extract the position of the carrier signal section within the segment, calculates the average of only the phase difference of the carrier signal, and quantizes it.
하나의 캡슐 위치 및 각도에서 상기 양자화 모듈을 통해 얻어진 특정 시간에서의 채널 별 위상차 신호와 상기 패턴 저장장치에 기 저장된 해당 위치와 각도에서의 채널 별 위상차 패턴에 대한 유사도를 토대로 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐내시경의 위치 예측 시스템.The method of claim 3, wherein the location estimation device,
Estimating the capsule position and angle based on the similarity between the phase difference signal for each channel at a specific time obtained through the quantization module at one capsule position and angle and the phase difference pattern for each channel at the corresponding position and angle previously stored in the pattern storage device. A position prediction system for a capsule endoscope, characterized in that it is provided to do so.
상기 패턴 저장장치에 기 저장된 특정 위치와 각도에 대한 채널별 위상차 패턴을 입력으로 하고, 해당 위치 및 각도를 정답으로 하여 학습 모델을 구축하고, 각 입력에 대해 신경망에서 추정된 캡슐의 위치 및 각도와 정답 위치 및 각도 간의 오차로 훈련한 신경망을 사용하여 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐내시경의 위치 예측 시스템.The method of claim 3, wherein the location estimation device,
The phase difference pattern for each channel for a specific position and angle previously stored in the pattern storage device is input, a learning model is constructed using the position and angle as the correct answer, and the position and angle of the capsule estimated from the neural network for each input are calculated. A position prediction system for a capsule endoscope, characterized in that it is equipped to estimate the capsule position and angle using a neural network trained with the error between the correct position and angle.
캡슐내시경으로부터 송출된 특정 주파수의 캐리어 신호가 포함된 원신호를 다수의 안테나를 통해 수신한 다음 수신된 특정 주파수의 원신호 신호의 위상차를 도출하여 도출된 위상차를 디지털 형태로 변환하는 단계;
외부장비로부터 전달받은 디지털 형태의 위상차 신호를 특정 길이의 세그먼트로 분할하여 시간에 따른 캐리어 신호에서의 위상차 신호를 추출하는 단계;
획득한 채널 별 위상차 신호를 캡슐의 여러 위치와 여러 각도의 변화에 따른 채널별 위상차 신호의 패턴을 미리 측정하여 기 저장하는 단계; 및
상기 외부장비로부터 전달받은 디지털 형태의 위상차 신호를 기 저장된 패턴과 비교하여 실시간으로 캡슐의 위치와 각도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 캡슐 위치 예측 방법.In the method for predicting the position of a capsule endoscope performed based on the position prediction system for the capsule endoscope of claim 1,
Receiving a raw signal containing a carrier signal of a specific frequency transmitted from a capsule endoscope through a plurality of antennas, then deriving the phase difference of the received raw signal signal of a specific frequency and converting the derived phase difference into digital form;
Dividing a digital phase difference signal received from an external device into segments of a specific length and extracting a phase difference signal from the carrier signal over time;
Preliminarily measuring and storing the acquired phase difference signal for each channel according to changes in various positions and angles of the capsule; and
An endoscopic capsule position prediction method comprising the step of estimating the position and angle of the capsule in real time by comparing the digital phase difference signal received from the external equipment with a pre-stored pattern.
하나의 캡슐 위치 및 각도에서 얻어진 특정 시간에서의 채널 별 위상차 신호와 기 저장된 특정 위치와 각도에서의 채널 별 위상차 패턴의 유사도를 토대로 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 내시경 캡슐 위치 예측 방법.The method of claim 6, wherein estimating the position of the capsule comprises:
Endoscopic capsule position prediction, characterized in that it is equipped to estimate the capsule position and angle based on the similarity of the phase difference signal for each channel at a specific time obtained from one capsule position and angle and the similarity of the phase difference pattern for each channel at a pre-stored specific position and angle. method.
기 저장된 특정 위치와 각도에 대한 채널별 위상차 패턴을 입력으로 하고, 측정한 해당 위치 및 각도를 정답으로 하여 학습 모델을 구축하여, 각 입력에 대해 신경망에서 추정된 캡슐의 위치 및 각도와 정답 위치 및 각도 간의 오차로 훈련한 신경망을 사용하여 캡슐 위치와 각도를 추정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 내시경 캡슐 위치 예측 방법.
The method of claim 6, wherein estimating the position of the capsule comprises:
A learning model is constructed using the pre-stored phase difference pattern for each channel for a specific position and angle as input, and the measured position and angle as the correct answer. For each input, the position and angle of the capsule estimated by the neural network and the correct answer position and An endoscopic capsule position prediction method, characterized in that it is equipped to estimate the capsule position and angle using a neural network trained with the error between angles.
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