KR100853516B1 - method for an intestine modeling and orientation tracking of an capsule endoscope and the system performing the same methode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장내에서의 캡슐 내시경의 자세를 정확하게 측정하기 위한 것이다. 인체내 장의 경로를 고려하여 측정함으로서 캡슐 내시경들이 촬영한 영상의 정확한 위치 파악이 가능하며, 환부로 의심되었던 부분의 영상 촬영 여부를 확인, 조직 추출 및 약물 주입도 가능해진다. 또한 촬영된 영상의 정보를 3D로 사용자에게 그래픽 환경 제공시나 캡슐 내시경의 자세를 제어하기 위한 필수 정보를 제공하는 효과가 있다.The present invention is for accurately measuring the posture of the capsule endoscope in the intestine. By measuring the path of the human intestine, it is possible to determine the exact location of the images taken by the capsule endoscope, and to check whether the image of the suspected part of the lesion was taken, tissue extraction, and drug injection. In addition, there is an effect of providing the user with essential information for controlling the posture of the capsule endoscope when providing a graphical environment or 3D information of the captured image.
Description
도 1은 캡슐 내시경에서 캡슐의 자세 측정 시, 내장 모델링의 필요성을 설명하기 위한 그림이다.1 is a view for explaining the necessity of visceral modeling when measuring the posture of the capsule in the capsule endoscope.
도 2는 본 발명에 따른 캡슐 내시경의 내장 모델링을 통하여 자세 측정하는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining a case of measuring the posture through the internal modeling of the capsule endoscope according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템의 내부 구성도이다.3 is an internal configuration of a capsule endoscope system having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 의 착용시스템의 구성도이다.Figure 4 is a block diagram of a wearing system of the capsule endoscope having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention.
도 5은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템에서 착용 시스템에 형성되는 제어부의 구성을 보여주기 위한 블록도이다. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit formed in a wearing system in a capsule endoscope system having a built-in modeling and posture measuring function according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템의 동작을 설명하기 위한 전체 시스템의 개략도이다.6 is a schematic diagram of an entire system for explaining the operation of the capsule endoscope system having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐 내시경의 이동예를 보여주기 위한 도면이다. 7 is a view showing an example of the movement of the capsule endoscope having a built-in modeling and attitude measurement function according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐내시경에서 외부 초음파 발생기를 기준으로 하여 설정된 직각 좌표계를 나타내는 도면이다.8 is a view showing a rectangular coordinate system set on the basis of an external ultrasonic generator in a capsule endoscope having a built-in modeling and attitude measurement function according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐내시경에서 자세 측정 방법을 나타내기 위한 도면이다.9 is a view for showing a posture measuring method in a capsule endoscope having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐내시경에서 좌표축을 정의하기 위한 도면이다. 10 is a view for defining a coordinate axis in the capsule endoscope having a built-in modeling and attitude measurement function according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 캡슐내시경 11~14 : 초음파 감지부10:
15 : 연산부 20 : 착용시스템 15: calculator 20: wear system
31~38 : 초음파 발신부 40 : 제어부 31 ~ 38: ultrasonic transmitter 40: control unit
41 : 프로세서 42 : 초음파 구동회로41
44,45 : 송수신장치 50 : 메모리 44,45: transceiver 50: memory
60 : 케이블 70 : 컴퓨터 60: cable 70: computer
81,82 : RF 송수신기 90 : 시간계수기 81,82: RF transceiver 90: Time counter
100 : 모니터 100: monitor
본 발명은 캡슐 내시경의 자세 측정 및 내장 모델링 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 캡슐 내시경이 소화기관내 촬영 이외의 다 른 기능을 갖기 위해서는 캡슐의 자세를 측정할 필요가 있으나 소화 기관의 모델링 없이 캡슐의 자세를 측정하는 것은 불가능하므로 캡슐 내시경의 자세 측정 및 내장 모델링 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring the posture and internal modeling of the capsule endoscope, and a system for performing the method. In particular, the capsule endoscope needs to measure the posture of the capsule in order to have a function other than ingestion of the digestive organ. Since it is impossible to measure the pose of the capsule without modeling of the present invention, the present invention relates to a method for measuring the pose of the capsule endoscope and the built-in modeling system and a system for performing the method.
일반적으로, 사람들은 소화 기관의 길이나 형태가 모두 다르며, 모든 사람에게 적합한 소화 기관 모델은 없으며, 캡슐 내시경은 소화 기관 내를 진행 한다. 이때 캡슐의 위치 정보를 이용하여 소화 기관을 모델링 할 수 있으며, 이를 토대로 캡슐의 자세를 측정할 수 있다.In general, people have different lengths or shapes of digestive organs, and there is no model of digestive system suitable for everyone, and capsule endoscopy proceeds within the digestive organs. At this time, the digestive organs can be modeled using the location information of the capsule, and the posture of the capsule can be measured.
원하는 위치에서 조직 추출과 약물주입의 기능을 수행하게 될 경우나 2D의 영상을 이용하여 3D영상을 만들 경우에, 캡슐 내시경은 이를 수행하기 위해서 신뢰성 높은 캡슐 내시경의 자세 정보를 제공해 주어야 한다. 신뢰성 높은 자세 정보는 캡슐이 지나가는 소화 경로의 내장이 모델링 되어야만 가질 수 있다. 기존의 특허나 연구는 이 문제 해결을 위해 캡슐 내시경의 위치를 찾기 위한 연구가 진행되고 있으나 음식물 소화 과정에서 내장 경로에 대한 모델링이나 캡슐 내시경의 자세를 찾기 위한 노력은 없었다. When performing the function of tissue extraction and drug injection at the desired position or when creating 3D image using 2D image, the capsule endoscope should provide the position information of the reliable capsule endoscope to perform this. Reliable posture information can only be obtained if the gut of the digestive pathway through which the capsule passes is modeled. Existing patents and researches have been conducted to find the location of the capsule endoscope to solve this problem, but no efforts have been made to find the position of the capsule endoscope or the modeling of the visceral path during food digestion.
대한민국 특허 출원번호 10-2002-0081935호 '캡슐 내시경의 위치제어장치'는 캡슐 내시경의 위치 제어를 위한 시스템을 발명하여 샘플 추출, 약물 투여 및 영상 보정의 기능을 부여 하였다. 실제로 이 발명은 캡슐 내시경의 자세에 대한 정보를 감지하는 시스템은 포함하고 있지 않으면서 인체 내부에서 원하는 위치의 샘플 추출, 약물 투여 및 영상의 보정을 시도하였다. 캡슐 내시경의 자세 정보가 없다면 정확한 샘플 추출, 약물 투여 및 영상의 보정은 이루어지지 않는다. Republic of Korea Patent Application No. 10-2002-0081935 'Capsule endoscope position control device' was invented a system for position control of the capsule endoscope endowed the functions of sample extraction, drug administration and image correction. Indeed, the present invention attempts to extract a desired position, to administer a drug, and to correct an image in a human body without including a system for detecting information about a posture of a capsule endoscope. Without the position information of the capsule endoscope, accurate sampling, drug administration, and image correction are not achieved.
또한 대한민국 특허 출원번호 10-2002-0042705호 '체내 무선 텔레메트리 캡슐의 자기장 원격 구동 시스템'은 자장을 이용하여 원하는 위치에 원하는 자세를 제어하여 약물 투여를 하는 캡슐 내시경을 제시하였다. 이 발명도 캡슐 내시경의 위치와 자세를 위한 시스템을 포함하고 있지 않다. 캡슐 내시경의 위치와 자세를 외부에서 알지 못하면서 이를 제어하기에는 많은 어려움이 따른다. In addition, the Republic of Korea Patent Application No. 10-2002-0042705 'magnetic field remote drive system of the wireless telemetry capsule in the body' presented a capsule endoscope for drug administration by controlling the desired posture in a desired position using a magnetic field. This invention also does not include a system for position and posture of the capsule endoscope. It is difficult to control the capsule endoscope without knowing its position and posture from the outside.
그리고, 대한민국 특허 출원번호 10-2002-0027334호 '텔레메트리 캡슐 및 그 위치 검출 시스템'은 캡슐 내시경의 위치 정보를 파악하기 위하여 자기장을 이용하였다. 이 발명은 위치 정보를 파악하는 시스템은 갖추었지만 캡슐 내시경의 자세 정보를 측정해 내고 있지는 못한다. 자세 정보가 없이 위치 정보만 파악 가능한 캡슐 내시경은 환부 근처의 위치로의 이동은 가능하지만 정밀하게 인체 내부의 샘플 추출 및 약물 투여 및 영상 촬영은 이루어 지지 못한다. 자기장을 이용하고 있는 미로(Miro) 캡슐 내시경은 자기장으로 인한 열 발생 문제를 가지고 있다. In addition, Korean Patent Application No. 10-2002-0027334 'Telemetry capsule and its position detection system' used a magnetic field to grasp the position information of the capsule endoscope. Although the present invention has a system for identifying position information, it does not measure posture information of the capsule endoscope. The capsule endoscope, which can grasp position information without posture information, can move to a position near the affected part, but accurate sampling and drug administration and imaging cannot be performed inside the human body. Miro capsule endoscopes that use magnetic fields have problems with heat generation due to magnetic fields.
캡슐 내시경의 위치의 파악하는 시스템은 연구가 되기 시작 되었지만 소화 기관을 모델링을 하고 캡슐의 자세 정보를 시스템은 전무하다. 위치 정보만을 파악하는 기존의 발명은 원하는 위치의 샘플 추출, 약물 투여 및 영상의 보정을 하고자 하는 시도는 정밀도면에서 취약점을 보인다. 소화 기관의 모델링 없이 캡슐의 자세를 파악하는 시도는 소화 기관 내에서 부가적인 작업을 할 경우 인체에 치명적인 영향을 줄 수 있는 문제점이 있었다.A system for locating capsule endoscopy has begun to be studied, but no system is available for modeling the digestive organs and capsule posture information. Existing inventions that only grasp location information show weaknesses in the accuracy of sampling, drug administration, and attempts to correct images. Attempting to grasp the position of the capsule without modeling the digestive organs has a problem that can cause a fatal effect on the human body if additional work in the digestive organs.
즉, 캡슐내시경이 투입되는 체내 소화기관 주변의 환경을 고려하지 않고 캡슐 내시경의 자세를 측정할 경우 도 1에서 보는 바와 같이 주변의 내장에 의해 촬 영되는 위치가 각기 다름에도 불구하고 캡슐의 자세를 측정하면 모두 동일할 수 있는 경우가 발생한다. 그러므로 소화기관(내장)의 모델링을 배제하고 캡슐의 자세를 측정하는 것은 불가능 한 일이다. 따라서 캡슐의 자세를 측정하기 위해서는 내장에 대한 모델링이 선행 되어야 하는 필요성이 제기된다. That is, when measuring the posture of the capsule endoscope without considering the environment around the digestive tract in which the capsule endoscope is injected, as shown in FIG. 1, the position of the capsule is determined even though the positions photographed by the surrounding viscera are different. When measured, cases can all be identical. Therefore, it is not possible to exclude the modeling of the digestive system (intestines) and measure the posture of the capsule. Therefore, in order to measure the posture of the capsule, the necessity of modeling the internal organs is raised.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 캡슐 내시경이 투입되는 소화기관의 모델링을 수행하고 캡슐 내시경의 자세를 정확하게 측정함으로서 캡슐 내시경들이 촬영한 영상의 정확한 위치 파악이 가능하며, 환부로 의심되었던 부분의 영상 촬영 여부를 확인, 조직 추출 및 약물 주입도 가능하게 하기 위한 캡슐 내시경의 자세 측정 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been invented to solve the above problems, by performing the modeling of the digestive system into which the capsule endoscope is injected and by accurately measuring the posture of the capsule endoscope, it is possible to determine the exact position of the image taken by the capsule endoscope, It is an object of the present invention to provide a method for measuring the posture of a capsule endoscope to enable imaging of a suspected portion, tissue extraction, and drug injection, and a system for performing the method.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 ⅰ)캡슐 내시경(10)을 사용자가 삼키면 착용시스템(20)의 초음파 발생기(31-38)와 RF 송신기(44)는 인체 내부의 캡슐 내시경(10)에 동시에 각각 초음파와 RF 신호를 전송하는 단계; The present invention for achieving the above object ⅰ) when the user swallows the
ⅱ)상기 착용시스템(20)의 초기화상태에서 시간계수를 시작하고 동시에 초음파 신호를 발생한다. 상기 착용 시스템(20)에서 전송된 초음파 신호가 상기 캡슐내시경(10)의 초음파 감지부(11~14)에 감지되면, 즉시 상기 착용 시스템(20)은 상기 캡슐내시경(10)에 응답신호를 보낸다. 상기 착용 시스템(10)은 응답신호가 올 때까지의 시간 계수를 카운팅한다. 응답신호가 감지되면 시간계수를 정지한다;Ii) The time count is started in the initialization state of the wearing
ⅲ)상기 ⅱ단계에서 시간 계수기(90)의 시간 계수가 완료 되었을 때, 그 시간 게수기(90)의 값을 착용 시스템(20)의 메모리(50)에 저장하거나 개인 컴퓨터나 휴대용 단말기와 같은 주변 장치에 송신하는 단계;Iii) When the time counter of the time counter 90 is completed in step ii, the value of the time counter 90 is stored in the
ⅳ)상기 ⅲ단계에서 상기 메모리(50)에 저장된 시간 계수기의 값을 이용하여 상기 캡슐내시경(10)의 4개의 초음파 감지부(11~14)중 3개는 캡슐 내시경의 자세를 측정하며, 나머지 한개는 캡슐의 원점을 구하여 상기 캡슐 내시경(10)이 이동된 거리로부터 소화기관의 내장모델링을 연산하며, 상기 연산된 내장모델링 값으로 상기 캡슐 내시경(10)의 3D 좌표를 추출하여 상기 캡슐 내시경의 몸체가 얼마나 회전하였는지를 나타내는 롤링(rolling), xy평면에 대하여 상기 캡슐내시경(10)이 기울어진 정도를 의미하는 피칭(pitching) 및 xz평면에 대하여 기울어진 정도를 나타내는 요잉(yawing) 을 계산하는 단계를 포함한다. Iii) three of the four
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면중, 도 3은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템의 내부 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 의 착용시스템의 구성도이며, 도 5은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템에서 착용 시스템에 형성되는 제어부의 구성을 보여주기 위한 블록도이다. Of the accompanying drawings, Figure 3 is an internal configuration of the capsule endoscope system having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention, Figure 4 is a wearable system of the capsule endoscope having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention 5 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit formed in a wearing system in a capsule endoscope system having a built-in modeling and posture measuring function according to the present invention.
또한, 도 6은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템의 동작을 설명하기 위한 전체 시스템의 개략도이고, 도 7은 본 발명 에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐 내시경의 이동예를 보여주기 위한 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐내시경에서 외부 초음파 발생기를 기준으로 하여 설정된 직각 좌표계를 나타내는 도면이다.6 is a schematic diagram of an entire system for explaining the operation of the capsule endoscope system having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention, Figure 7 is a capsule endoscope with a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention 8 is a view showing a moving example, Figure 8 is a view showing a rectangular coordinate system set on the basis of the external ultrasonic generator in the capsule endoscope having a built-in modeling and attitude measurement function according to the present invention.
그리고, 도 9는 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐내시경에서 자세 측정 방법을 나타내기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 내장 모델링 및 자세측정기능을 갖는 캡슐내시경에서 좌표축을 정의하기 위한 도면이다.And, Figure 9 is a view showing a posture measuring method in a capsule endoscope having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention, Figure 10 is a coordinate axis in a capsule endoscope having a built-in modeling and posture measurement function according to the present invention It is a figure for defining.
본 발명에서는 도 2에서 보는 바와 같이, 음식물의 소화 경로를 캡슐 내시경의 원점의 이동 좌표를 이용하여 표현하였다. 본 발명에서는 캡슐내시경이 투입되는 소화기관의 모델링을 바탕으로 캡슐내시경의 자세를 측정하고 이를 보정하도록 하는 것이다. In the present invention, as shown in Figure 2, the digestion path of food was expressed using the coordinates of the movement of the origin of the capsule endoscope. In the present invention, the posture of the capsule endoscope is measured and corrected based on the modeling of the digestive organ into which the capsule endoscope is inserted.
본 발명에 따른 캡슐 내시경의 내장 모델링 및 자세 측정 시스템은 도 6에서 보는 바와 같이, 사용자의 몸속에서 투입되는 캡슐 내시경(10), 사용자가 착용하는 착용 시스템(20) 및 캡슐내시경(10) 및 착용시스템(20)을 제어하기 위한 화상 처리 시스템(70)으로 크게 분류한다.As shown in Figure 6, the built-in modeling and posture measurement system of the capsule endoscope according to the present invention, the
본 발명에 따른 캡슐내시경(10)의 구조는 도 3에서 보는 바와 같이, 통상의 캡슐내시경(10)의 내부에 4개의 초음파 감지부(11~14)를 형성한다. 초음파 감지부(11~14)의 중앙부에는 연산부(15)가 각 초음파 감지부(11~14)와 전기적으로 접속된다. 초음파 감지부(11~14)는 캡슐 내시경(10)의 내측에서 사방으로 형성되며, 연산부(15)에는 RF 신호를 송수신 하기 위한 RF 송,수신기(81,82) 및 시간 계수 기(90)가 더 형성될 수 있다. As shown in FIG. 3, the structure of the
여기서, 본 발명에 따른 캡슐내시경(10)에서 캡슐의 자세를 측정하기 위해서 최소 4개의 초음파 감지부(11~14)를 필요로 하는 데, 3개는 캡슐의 자세를 측정하기 위해 필요한 최소한의 개수이며, 나머지 한개는 캡슐의 원점을 구하기 위해 필요하다. Here, the
착용시스템(20)은 도 4에서 보는 바와 같이 사용자가 착용하도록 형성된 조끼 형태의 착용부(도면 표시 없음)의 외측 상부로부터 하부까지 다수의 초음파 발신부(31~38)가 형성된다. 착용부의 외측에는 캡슐 내시경(10)의 위치를 파악하기 위하여 캡슐 내시경과의 거리를 측정하고, 측정된 거리를 연산하여 캡슐내시경의 위치를 산출하고, 산출된 위치를 저장하기 위한 제어를 수행하는 제어부(40)가 형성된다. 착용시스템(20)은 인체 내부에 초음파 신호를 전송하는 역할을 수행하며, 캡슐 내시경(10)의 초음파감지부(11~14)는 이 신호를 받아 자세 측정을 위한 기본 데이터를 제공한다.As shown in FIG. 4, the wearing
제어부(40)는 도 5에서 보는 바와 같이, 캡슐내시경(10)의 자세 제어에 대한 제어를 수행하기 위한 프로세서(41)에 캡슐내시경(10)과 RF 주파수를 송수신하기 위한 송수신장치(44,45), 캡슐내시경(10)으로부터 전송되는 영상정보 및 자세정보를 저장하기 위한 메모리(50), 캡슐내시경(10)의 내부에 형성된 초음파 감지부(11~14)에 전달되는 초음파 신호를 생성하기 위한 초음파 구동회로(42) 및 필요에 따라 이동식 데이터 저장수단인 USB(43)포트가 형성될 수 있다. 제어부(40)는 초음파 구동회로(42)의 동작을 제어하고 캡슐 내시경(10)의 전송 데이터를 저장하는 역할을 수행 한다. As shown in FIG. 5, the
또한, 화상 처리 시스템(70)은 도 6에서 보는 바와 같이 착용 시스템(20)의 제어부(40)와 전기적으로 케이블(60) 혹은 무선 통신을 통하여 연결되어 캡슐내시경(10)으로부터 전송되는 영상정보를 화상처리하기 위한 컴퓨터(70) 및 모니터(100)를 포함한다. 화상처리 시스템(70)은 착용시스템(20)이 전달한 영상과 시간 정보를 사용자의 PC나 PDA에게 인터페이스해주는 역할을 수행한다.In addition, as shown in FIG. 6, the
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 캡슐 내시경(10)의 동작은 도 6에서 보는 바와 같이 캡슐 내시경(10)을 사용자가 삼키면 캡슐 내시경(10)은 사용자의 장을 따라 이동한다. 착용 시스템(20)의 초음파 발생기와 캡슐 내시경의 수신기는 서로 통신을 하여 상호 거리 데이터를 만든다. 이 데이터 값은 이미지 데이터와 함께 착용(vest)시스템에 저장 되었다가 컴퓨터(70)로 전달된다. 컴퓨터(70)는 위치 추적 및 자세 측정 알고리즘을 수행하여 모니터(100)에 디스플레이 한다.The operation of the
상기 착용시스템(20)의 초기화상태에서 시간계수를 시작하고 동시에 초음파 신호를 발생하며, 상기 착용 시스템(20)에서 전송된 초음파 신호가 상기 캡슐내시경(10)의 초음파 감지부(11~14)에 감지되면 상기 캡슐내시경(10)에 응답신호에 상기 착용 시스템(20)를 보내며, 상기 착용 시스템(10)에 응답신호가 감지되면 신호상기 시간계수를 정지한다. 시간 계수기(90)의 시간 계수가 정지되면, 계수된 시간 계수기(90)의 값을 값을 착용시스템(20)의 메모리(50)에 저장 혹은 개인 컴퓨터나 휴대용 단말기와 같은 외부 장치와 송신한다. 이 데이터는 사용자의 PC나 필요에 따라 착용 시스템에서 자세 정보를 변경된다.In the initialization state of the wearing
본 발명에 따른 소화기관의 모델링은 도7에서 정의 된 좌표계를 이용한다. 도 7을 참조하면 캡슐내시경이 a점에서 b점으로 이동하였을 때, 하기 <식 1>을 이 용하여 변화한 좌표 값을 이용하여 캡슐의 이동 경로 기울기를 측정할 수 있다. Φy는 xy평면에 대하여 기울어진 정도를 의미하고,Φz는 xz평면에 대하여 기울어진 정도를 의미한다.Modeling of the digestive system according to the present invention uses a coordinate system defined in FIG. Referring to FIG. 7, when the capsule endoscope moves from point a to point b, the slope of the movement path of the capsule may be measured using the coordinate values changed using Equation 1 below. Φ y means the degree of inclination with respect to the xy plane, Φ z means the degree of inclination with respect to the xz plane.
<식 1> <Equation 1>
<식 1>에서 Φx,Φy,Φz의 값은 RPY(Φz,Φy,Φx) 값으로 표기한다. 의미는 xyz-좌표계에서 내장이 어떤 자세를 가지고 있는지를 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing)값으로 나타낸다는 것이다. 캡슐의 자세를 측정하기 위해서는 표현하는 방법은 도 9에서 보는 바와 같이 롤링(roll),피칭(pitch),요잉(yawing)으로 표시되는 데, 롤링은 캡슐 내시경의 몸체가 얼마나 회전하였는지를 나타내고 피칭은는 xy평면에 대하여 기울어진 정도를 의미하고 요잉은 xz평면에 대하여 기울어진 정도를 의미한다.In Equation 1, the values of Φ x , Φ y , Φ z are expressed as RPY (Φ z , Φ y , Φ x ). This means that the xyz-coordinate system shows the posture of the viscera in terms of rolling, pitching and yawing. In order to measure the posture of the capsule, the method of expression is represented by rolling, pitching, and yawing as shown in FIG. 9, where rolling represents how much the body of the capsule endoscope is rotated, and pitching is xy. It means the degree of inclination with respect to the plane and yawing means the degree of inclination with respect to the xz plane.
캡슐 내시경이 갖는 lmn-좌표계는 도 7 및 도 8와 같이 표현된다. 본 발명에서는 캡슐 내시경의 초음파 감지부 위치 정보를 이용하여 아래의 수식을 만족하는 좌표계를 만들 수 있다. 새로운 좌표 축들은 아래의 <식 2>를 만족하는 O점을 기준으로 l축, m축 그리고 n축을 도 10에서 와 같이 정의할 수 있다. 각각 1,2,3번 센서에서 원점으로 그은 직선으로 한다. 원점은 다음의 식을 만족하는 점으로 한다.The lmn-coordinate system of the capsule endoscope is expressed as shown in FIGS. 7 and 8. In the present invention, a coordinate system that satisfies the following formula can be made using the ultrasonic sensor position information of the capsule endoscope. The new coordinate axes may define the l-axis, the m-axis and the n-axis as shown in FIG. 10 based on the O point satisfying the following <Equation 2>. Lines drawn as origins from the 1st and 2nd and 3rd sensors respectively. The origin should satisfy the following equation.
<식2> <Equation 2>
새로운 좌표축은 xyz축을 이용하여 단위 방향 벡터로 표시 가능하다. <식3>의 행렬은 이 벡터들을 원소로 갖는다. The new axes can be represented as unit direction vectors using the xyz axis. The matrix in
<식3><
<식 3>에서, C는 코사인을 의미하고, S는 사인을 의미한다.In
<식 3>의 행렬의 l, m, n 벡터는 xyz-좌표계에 대한 캡슐 내시경의 자세 정보를 갖는 단위 벡터이다. 즉 위의 l, m, n 벡터는 구하는 것은 xyz-좌표계에 대한 캡슐 내시경의 자세를 구하는 것이다. l, m, n 벡터는 서로 내적을 하면 0이고 각 벡터의 크기는 1이다. P성분은 캡슐 내시경의 위치를 나타내는 성분이다. The l, m, and n vectors of the matrix of
롤링, 피칭, 요잉의 관계식은 역행렬의 성질을 이용하여 <식 4>와 같이 계산한다. The relation of rolling, pitching, and yawing is calculated as in <Equation 4> using the property of the inverse matrix.
Rot(a, Φa)-1ㆍRPY(Φa,Φo,Φn)=RPY(Φo,Φn)Rot (a, Φ a ) -1 ㆍ RPY (Φ a , Φ o , Φ n ) = RPY (Φ o , Φ n )
<식4><Equation 4>
위 행렬을 정리하면 아래의 <식 5>를 구할 수 있다.Summarizing the matrix above, we can get <Equation 5>.
<식 5><Equation 5>
내장에 대한 캡슐 내시경의 자세 정보는 음식물 소화경로의 모델링을 통해 나온 수식과 xyz-좌표계에 대한 캡슐 내시경의 자세 정보 식의 관계를 이용하여 구한다. xyz-좌표계에서 캡슐 내시경이 틀어진 정도(RPYxyz)는 장이 틀어진 정도(RPYlmn)와 캡슐이 틀어진 정도(RPYattitude)의 곱과 같다. 따라서 하기 <식 6>에서 RPYattitude는 내장에 대한 캡슐내시경의 자세 정보를 의미한다. The position information of the capsule endoscope for the intestines is obtained by using the relationship between the equations obtained through the modeling of the food digestion pathway and the expression information of the capsule endoscope for the xyz-coordinate system. In the xyz- coordinate system, the degree of twisting the capsule endoscope (RPY xyz ) is equal to the product of the degree of bowing (RPY lmn ) and the degree of twisting the capsule (RPY attitude ). Therefore, in the following Equation 6, RPY attitude refers to the attitude information of the capsule endoscope for the intestines.
이식을 RPYattitude대하여 정리하면 하기 <식 7>과 같다.The transplantation of the RPY attitude is as follows.
<식 7> <Equation 7>
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 캡슐 내시경의 내장 모델링 및 자세 측정 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 시스템은 캡슐의 이동 경로를 이용하여 내장을 모델링 하였으며 이 모델링을 기반으로 하여 캡슐 내시경의 정확한 자세 정보를 측정할 수 있어서 내장 내에서 캡슐 내시경의 자세 측정은 촬영한 영상의 정확한 위치 파악에 도움을 주며, 환부로 의심되었던 부분의 영상 촬영 여부를 확인, 조직 추출 및 약물 주입도 가능해진다.As described above, the method for measuring the visceral model of the endoscope and the system for performing the method according to the present invention and the system for performing the method modeled the viscera using the movement path of the capsule and based on this modeling accurate posture information of the capsule endoscope Since the position of the capsule endoscope within the intestine can be measured, it is helpful to determine the exact location of the captured image, and it is also possible to check whether the image of the suspected part of the lesion is taken, tissue extraction, and drug injection.
또한 촬영된 영상의 정보를 3D로 사용자에게 그래픽 환경 제공시나 캡슐 내시경의 자세를 제어하기 위한 필수 정보를 제공한다. 위 자세 측정 식은 캡슐 내시경에서 뿐만 아니라 상하수관이나 고정되어 있지 않은 좌표계에서 움직이는 물체의 자세 측정에 활용할 수 있는 효과가 있다.In addition, it provides essential information for controlling the posture of the capsule endoscope when providing a graphical environment to the user in 3D information of the captured image. The above pose measurement formula can be used not only for capsule endoscopy, but also for measuring poses of moving objects in water pipes or fixed coordinate systems.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto and may be improved or modified by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
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