KR100884712B1

KR100884712B1 - 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법 및시스템

Info

Publication number: KR100884712B1
Application number: KR1020060112581A
Authority: KR
Inventors: 유영갑; 김용대; 김덕기
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2009-02-19
Also published as: KR20080043921A

Abstract

본 발명은 캡슐형 내시경의 정밀한 위치측정을 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 체내로 투입되는 캡슐형 내시경의 위치측정은 환부의 정확한 위치파악을 위해 필요하다. 일반적인 위치측정방법들은 RF나 자기장, 초음파 등의 세기나 지연시간으로 거리를 측정하여 삼각법으로 위치정보를 계산한다. 그러나 삼각법에 의한 위치정보는 환자에 따른 다양한 체내환경에 따른 전자기파 또는 전자장 전파지연 시간이 다르기 때문에 측정된 위치정보도 오차를 갖는다. 삼각법으로 계산한 위치정보는 최악의 경우에 측정거리가 갖는 오차의 1.5배가 되는 위치정보가 계산된다. 본 발명에 따른 근접점 방법은 측정거리의 반지름으로 하는 원들의 교차점들 중에서 거리가 가까운 세 점을 선택하고, 선택된 세 점으로 구성된 삼각형의 내심, 외심 또는 무게중심으로 캡슐형 내시경의 위치정보를 계산하여 측정한 위치정보를 측정거리가 갖는 오차이내로 계산할 수 있다.

Description

근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법 및 시스템{method for capsule endoscope tracking based on friendly points and system for performing the same}

도 1은 종래의 캡슐내시경의 위치 측정방법에 사용되는 삼각법을 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 종래의 캡슐내시경의 위치 측정방법에 사용되는 오차를 갖는 거리로 측정한 삼각법을 설명하기 위한 개략도이다.

도 3은 종래의 캡슐내시경의 위치 측정방법에 사용되는 오차를 갖는 거리로 측정한 삼각법의 시뮬레이션 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 보정된 위치측정을 위한 시스템의 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 근접점 방법를 이용한 캡슐 내시경 시스템의 내부 구성도이다.

도 7은 본 발명에 따른 근접점 방법를 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법의 흐름도이다.

도 8은 근접점 선택의 경우의 개략도를 도시한 것이다.

도 9는 근접점 방법의 개략도를 도시한 것이다.

도 10은 오차를 갖는 거리의 근접점 방법의 개략도를 도시한 것이다.

도 11a는 근접점 방법의 내심을 이용한 시뮬레이션 예이다.

도 11b는 근접점 방법의 외심을 이용한 시뮬레이션 예이다.

도 11c는 근접점 방법의 무게중심을 이용한 시뮬레이션 예이다.

도 12는 삼각법과 근접점의 오차 군을 형성에 대한 개략도를 도시한 것이다.

도 13은 직각좌표를 갖는 위치측정 환경의 개략도를 도시한 것이다.

도 14는 XY 평면에서의 위치측정의 개략도를 도시한 것이다.

도 15는 SZ 평면에서의 위치측정 개략도를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 캡슐내시경 11~14 : 초음파 감지부

15 : 연산부 20 : 착용시스템

31~38 : 초음파 발신부 40 : 제어부

41 : 프로세서 42 : 초음파 구동회로

44,45 : 송수신장치 50 : 메모리

60 : 케이블 70 : 컴퓨터

81,82 : RF 송수신기 90 : 시간계수기

100 : 모니터 100 : 본체

본 발명은 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 캡슐형 내시경을 시술함에 있어 캡슐형 내시경의 보다 정확한 위치파악을 위하여 근접점 방법을 사용함으로써 위치파악에 대한 오차확률을 줄이고, 이를 통해 공간에서의 3차원 좌표를 측정하기 위한 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 캡슐내시경이 체내로 시술되었을 경우 위치측정방법들은 RF나 자기장, 초음파를 체내로 방사하여 방사된 에너지의 세기나 지연시간으로 거리를 측정하여 삼각법으로 위치정보를 계산한다. 그러나 삼각법에 의한 종래의 위치측정기술은 다음의 두 가지 요인에 의한 오차가 진단정확성에 심각한 영향을 미친다. 첫째, 인체의 구조상 뼈나 장기 등 전자장변화에 영향을 미치는 요소에 의한 오차이다. 둘째, 체내로 방사되는 자기장, RF 그리고 초음파등이 지니고 있는 고유오차이다.

현재 시술되고 있는 캡슐형 내시경은 이스라엘 기븐이미징(Given Imaging)사의 M2A가 대표적이다. M2A는 RF(Radio Frequency; 이하 RF라함)를 이용한 인체 내에서 캡슐형 내시경의 위치를 측정한다. 측정되는 위치좌표는 RF의 세기와 삼각법을 이용한다. RF의 세기로는 인체 내의 매질에 따른 거리를 정확히 파악할 수 없으며, 삼각법을 이용한 위치측정도 오차를 갖는다. 이와 같은 방법으로 측정된 위치정보는 3cm 내외의 오차를 갖는다.

또한, 대한민국 특허 출원번호 10-2002-0027334호'텔레메트리 캡슐 및 그 위치 검출 시스템'은 캡슐 내시경의 위치정보를 파악하기 위해 자기장을 이용하였다. 미로(Miro) 캡슐형 내시경은 자기장의 세기를 이용한 삼각법으로 위치를 측정한다. 이는 M2A와 같이 인체 내의 매질에 따른 오차와 오차에 따른 위치측정에 의해 정확한 위치측정이 불가능하다. 이와 같은 방법으로 측정된 위치정보는 3cm 내외의 오차를 갖는다.

종래의 캡슐형 내시경의 위치측정 방법은 삼각법이 대표적이다. 삼각법은 관측점에서 같은 거리에 떨어진 지점 또는 물체의 위치를 구하는 방법이다. 인체 내의 캡슐형 내시경의 좌표는

이다. 이 때의 관측점은 각각

,

이다.

에서

까지 실제 거리가

이고, 측정오차가

이면, 측정한 거리는 다음 <식1>과 같다.

<식 1>

관측점

에서

을 반지름으로 하는 원은 <식2>와 같다.

<식2>

<식 2>를 연립하면 <식3>, <식 4> 및 <식5>같이 행렬로 표현되고, 이를 연산하여

의 값을 구한다. 이를 <식 6>과 같이 연산하여

를 구한다.

<식3>

<식4>

<식5>

<식6>

상기 식들에 의하여 계산된 위치측정밥법에 사용되는 삼각법은 도 1에서 보는 바와 같이, 관측점

에서 거리

로 반지름을 하는 원을 그렸을 때, 원들의 교선이 생긴다. 이 교선들의 교점을 캡슐형 내시경의 위치로 한다.

오차로 인해 교선들의 교점이 한 점에서 만나지 않으면, 그에 교점들의 무게중심을 구한다. 예를 들면, 도 2와 같이 측정거리가 점선과 같고, 실제거리가 실선과 같을 때, 측정되는 위치정보가 오차를 갖는 것을 알 수 있다. 이와 같은 방법으로 시뮬레이션을 구하였을 때의 예가 도 3이다. 도 3은 좌표(250,150)를 구할 때, 측정거리가 ± 10mm의 오차를 갖는 경우이다. 시뮬레이션의 결과에서 최악의 경우는 위치정보가 측정거리의 오차보다 큰 ± 15mm 오차로 나타났다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 캡슐형 내시경으로 시술함에 있어 인체조직의 전기적 특성 불균일을 극복하고 측정매체의 한계를 극복하여 캡슐형 내시경의 카메라의 위치를 10mm 정도의 오차범위 내에서 파악하고자 인체에 무해한 초음파를 이용하여 거리를 측정하고 측정된 거리로 근접점 방법을 사용하여 보다 정확한 병변의 위치를 파악하기 위한 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

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;

ⅱ)상기 착용시스템(20)에서 전송된 RF 신호가 캡슐 내시경의 RF수신기(82)에서 감지되면 시간 계수기(90)는 초기화상태에서 시간계수를 시작하고, 상기 착용시스템(20)에서 전송된 초음파 신호가 상기 캡슐내시경(10)의 초음파 감지부(11~14)에 감지되면, 상기 시간계수를 정지하는 단계;

ⅲ)상기 ⅱ단계에서 시간 계수기(90)의 시간 계수가 정지되면, 계수된 시간 계수기(90)의 값을 캡슐 내시경(10)에 연산부(15)에 장착되어 있는 RF 송신기(81)를 통해 상기 착용시스템(20)의 메모리(50)에 저장하는 단계; 및

ⅳ)상기 ⅲ단계에서 상기 메모리(50)에 저장된 시간 계수기의 값을 이용하여 상기 착용시스템(20)의 4개의 초음파 발신부(33,35,37,38)에서부터 상기 캡슐 내시경의 초음파 감지 시스템과의 거리를 구하고, 상기 거리의 반지름으로 하는 원들의 교차점들 중에서 거리가 가까운 세 점을 선택하고, 선택된 세 점으로 구성된 삼각형의 내심, 외심 또는 무게중심을 산출하여 캡슐형 내시경의 위치정보를 계산하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중, 도 1은 본 발명에 따른 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템의 동작을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2a, b 및 c는 본 발명에 따른 자세 측정 기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템의 내부 구성도이다. 도 3은 본 발명에 따른 자세측정기능을 갖는 캡슐 내시경 시스템의 초음파 신호 감지 시스템이다.

또한, 도 4는 본 발명에 따른 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 보정된 위치측정을 위한 시스템의 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 근접점 방법를 이용한 캡슐 내시경 시스템의 내부 구성도이며, 도 7은 본 발명에 따른 근접점 방법를 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법의 흐름도이다.

본 발명에 따른 캡슐 내시경의 자세 측정 시스템은 도 5에서 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.

본 발명에 따른 캡슐내시경(10)의 구조는 도 6에서 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 계수기(90)가 형성된다.

착용시스템(20)은 도 5에서 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 위한 각종 제어를 수행하기 위한 제어부(40)가 형성된다. 제어부(40)는 도 7에서 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.

또한, 화상 처리 시스템(70)은 착용 시스템(20)의 제어부(40)와 전기적으로 케이블(60)을 통하여 연결되어 캡슐내시경(10)으로부터 전송되는 영상정보를 화상처리하기 위한 컴퓨터(70) 및 모니터(100)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 캡슐 내시경(10)의 동작은 도 5에서 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.

캡슐내시경(10)에 내장된 초음파 감지부(11~14)는 착용시스템(20)의 초음파 발신부(31~38)에서 발생한 초음파 신호를 감지하여 원하는 초음파 주파수 대역의 신호만을 증폭하고 디지털 신호로 변환시킨다.

연산부(15)에 접속된 시간 계수기(90)는 RF 수신기(82)에서 수신된 RF수신 신호와 초음파 신호의 시간 차이를 계산하기 위해 필요하다. RF 수신기(82)에서 RF 신호를 수신하면 시간 계수기(90)의 값은 초기화(0에서부터 시간 카운팅을 시작)되고, 초음파 신호를 감지하면 시간 계수기 값은 정지한다. 이 때의 시간 계수기 값은 초음파 신호와 RF 신호의 도착 시간 차이를 의미한다.

착용시스템(20)의 초음파 발생기(31-38)와 RF 송신기(44)는 인체 내부의 캡슐 내시경(10)에 동시에 각각 초음파와 RF 신호를 전송한다. RF 신호가 캡슐 내시경의 RF수신기(82)에서 감지되면 시간 계수기(90)의 값은 0에서부터 카운팅을 시작한다. 또한 캡슐내시경(10)의 초음파 신호를 감지하면 시간 계수기(90)의 카운팅은 정지한다.시간 계수기(90)를 초기화 상태에서 시간의 계수하는 동작을 수행시키는 RF 신호의 속도는 3 x 10⁸ m/s이다. 이에 비하여 시간 계수기(90)의 시간 계수 동작을 정지시키는 초음파의 속도는 공기 중에서는 340m/s이고 인체내부에서는 1625m/s이므로 RF 신호 속도는 초음파 신호에 비해 공기 중에서는 약 106배, 인체 내에서는 2 x 10⁵ 배 빠르다. 따라서, 착용시스템(20)의 초음파 발생기(31-38)와 RF 송신기(44)에서 인체 내부의 캡슐 내시경(10)에 동시에 초음파와 RF 신호를 전송한다 하더라도 RF 신호가 먼저 캡슐 내시경의 RF수신기(82)에서 감지되므로, 시간 계수기(90)는 시간 계수를 시작하다가, 후에 초음파 신호를 감지하면 시간 계수기(90)의 시간계수(카운팅)는 정지되는 것이다.

시간 계수기(90)의 카운팅이 정지되면, 그동안 계수된 시간 계수기(90)의 값은 캡슐 내시경(10)에 연산부(15)에 장착되어 있는 RF 송신기(81)를 통해 착용시스템(20)에 전달되고 착용시스템(20)의 메모리(50)에 저장된다.

이후, 메모리(50)에 저장된 시간 계수기의 값을 이용하여 도 5에서 보는 바와 같이 착용시스템(20)의 4개의 초음파 발신부(33,35,37,38)에서부터 캡슐 내시경의 초음파 감지 시스템과의 거리를 구한다. 이 거리사이의 관계를 이용하여 캡슐 내시경의 초음파 감지 시스템의 3D 좌표를 추출한다.

즉, 메모리(50)에 저장된 시간 계수기의 값에 의하여 하기 <식 7>에 의하여 거리에 비례하는 값을 산출하는 데, 인체 내에서 초음파의 평균 속도는 1625m/s이고, 이 속도는 인체 온도, 압력 그리고 밀도를 고려한 수치이다.

<식 7>

(

=초음파의 지연 속도,

=초음파 속도,

=비열,

=압력,

= 밀도)

캡슐형 내시경의 위치측정은 도 7과 같이 순서로 이루어 지는 데, 착용시스템(20)의 초음파 발생부(31~38)에서 캡슐형 내시경(10)의 초음파감지부(11~14)까지의 거리를 초음파의 지연시간을 측정하여 <식 7과>같이 계산한다. 측정거리와 초음파송신장치의 지정번호를 정보로 근접점 방법으로 위치정보를 계산한다.

근접점 방법은 관측점에서 같은 거리에 떨어진 지점 또는 물체의 위치를 구하는 방법이다. 인체 내의 캡슐형 내시경의 좌표는

이다. 이 때의 관측점은 각각

,

이다.

에서

까지 실제 거리가

이고, 측정오차가

이면, 측정한 거리는 다음 <수식8>과 같다.

<수식 8>

관측점

에서

을 반지름으로 하는 원은 <수식 9>와 같다.

<수식9>

<수식 9>의 식에서 두 원간의 교점을 구한다. 두 원간의 교점을

라고 할 때,

은 <수식10>과 같다. 이를 <수식 9>에 대입하면 <수식 11>이 산출된다. <수식 11>을 변형함으로 <수식 12>를 구할 수 있으며, 이를 <수식 10>에 대입하여 두 원간의 교점을 찾는다.

<수식10>

<수식11>

<수식12>

찾아진 교점을

라고 했을 때, 최대 6개의

가 생긴다. 이러한 교점을 이용하여 교점간의 최대 거리가 작은 것을 선택한다. 방법은 표 1과 같이 6개의

가 생겼을 때를 가정한다.

<표 1> 원의 교점

관측점

에 의해 생긴 원의 교점 :

관측점

에 의해 생긴 원의 교점:

관측점

에 의해 생긴 원의 교점:

교점을 선택할 경우는 도 8에서 보는 바와 같이, 총거리를 계산하여, 가장 작은 거리를 선택한다. 선택된 점이 근접점이 된다. 3점의 근점접으로 삼각형을 형성하여 내심, 외심, 무게 중심을 구한다. 이 점들 중 한 점이 캡슐형 내시경의 위치가 된다.

삼각형의 내심은 <수식 13>와 같이 연산된다. 외심은 <수식 14>과 같이 연산된다. 무게중심은 <수식 15>과 같이 연산된다.

<수식 13>

<수식 14>

<수식 15>

근접점 방법의 일예는 도 9에서 보는 바와 같이 관측점

에서 오차를 갖는 거리

을 반지름으로 하는 원을 형성한다. 형성된 원의 교점 중에서 근접한 3개의 점을 선택한다. 선택된 점을 삼각형으로 하는 무게중심, 내심, 외심을 구한다. 도 9에서는 무게 중심을 표현한다. 근접점 방법은 도 10와 같이 삼각법보다 정확한 측정이 가능하다. 도 10과 같이 근접법 방법의 시뮬레이션 예를 들 수 있다. 도 11a, 11b, 11c는 내심, 외심, 무게중심으로 측정한 위치측정의 시뮬레이션이다. 시뮬레이션에서 (a), (b), (c) 방법에 따라 위치정보 좌표의 분포가 다르다. 이와 같은 좌표의 분포를 이용하여 도 12과 같이 위치정보좌표의 분포가 삼각법보다 작아지게 함으로서 보다 정확한 캡슐형 내시경의 위치측정이 가능하다.
이를 다시 설명하면 본 발명에 따른 근접점 방식을 이용한 캡슐형 내시경의 위치 측정 방법은, 착용 시스템(20)에서 초음파를 발생하면 캡슐형 내시경(10)의 초음파 감지부(11~14)에서 초음파를 수신하고,초음파가 도달한 시간을 계수하여, 착용시스템(20)의 발신부(33,35,37,38)들로 부터 캡슐내시경과의 거리를 산출하고, 착용시스템의 네 개의 초음파 발신부들중 세 개의 관측점(P1,P2,P3)을 중심으로 산출된 거리를 반지름으로 하는 세 개의 원을 생성하고, 상기 세 개의 원간의 교점(최대 6개)을 구한 다음, 동일한 원에 의한 교점의 중복 없이 세 점씩 쌍으로 묶어 총 8개의 묶여진 삼각형을 형성하고, 이 삼각형중 둘레가 가장 작은 삼각형의 세 꼭지점을 선택하며, 선택된 삼각형의 꼭지점을 통해 내심, 외심 또는 무게중심을 산출하여 산출된 내심의 결과, 외심의 결과, 또는 무게중심의 결과 중 한 점을 캡슐 내시경의 위치 좌표로 설정하는 것이다.

3차원에서의 위치측정은 공간에서의 좌표축을 평면으로 가정하여 계산한다. 도 14와 같이 환경에서 착용시스템의 초음파발신부는 사용자에 의해 특정 좌표를 갖는다. 예를 들어 3차원 공간 좌표축을 직각좌표축이라고 하면, 도 14와 같이 구성된다. 공간에서의 좌표축을 XY평면, YZ평면으로의 투영이 가능하다. 초음파발신부를 P1, P2, P3, P4라고 하고, 각각에서 캡슐형 내시경까지의 측정거리를 L1, L2, L3, L4라고 하면, 초음파발신부들 Pn(n=1,2,3,4) 중에서 세 점 이상을 선택함으로 각각에 해당하는 측정거리를 XY평면과 YZ평면에서의 거리로 변환된다. 도 14과 같이 XY평면에서 세 점 P1,P2,P3을 선택했을 때, 선택된 L1, L2, L3을 L1', L2', L3'로 변형한다. 변형된 거리로 근접점 방법을 통해 XY평면에서의 위치가 계산된다. 이와 같이 XY평면을 하나의 S축이라고 보면 YZ축과 같은 평면이 구성된다. 도 15와 같이 SZ평면에서 선택된 P1, P2, P4에 의해 L1', L2',L4' 를 구하고, 근접점 방법에 의해 SZ평면에서의 위치측정이 가능하다. 이때 S는 XY평면과 같으므로 이때의 좌표로 XYZ공간에서의 좌표를 표현한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 본 발명은 인체에 무해한 초음파를 이용하여 캡슐형 내시경의 보정된 위치측정 방법 및 시스템을 제시함으로써 캡슐형 내시경의 신뢰성 있는 3차원 위치 정보를 제공함으로서 병변의 정확한 위치를 파악힐 수 있는 효과가 있다.

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.

Claims

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;

ⅱ)상기 착용시스템(20)에서 전송된 RF 신호가 캡슐 내시경의 RF수신기(82)에서 감지되면 시간 계수기(90)는 초기화상태에서 시간계수를 시작하고, 상기 착용시스템(20)에서 전송된 초음파 신호가 상기 캡슐내시경(10)의 초음파 감지부(11~14)에 감지되면, 상기 시간계수를 정지하는 단계;

ⅲ)상기 ⅱ단계에서 시간 계수기(90)의 시간 계수가 정지되면, 계수된 시간 계수기(90)의 값을 캡슐 내시경(10)에 연산부(15)에 장착되어 있는 RF 송신기(81)를 통해 상기 착용시스템(20)의 메모리(50)에 저장하는 단계; 및

ⅳ)상기 ⅲ단계에서 상기 메모리(50)에 저장된 시간 계수기의 값을 이용하여 상기 착용시스템(20)의 4개의 초음파 발신부(33,35,37,38)에서부터 캡슐내시경과의 거리를 산출하고, 착용시스템의 네 개의 초음파 발신부들중 세 개의 관측점(P1,P2,P3)을 중심으로 산출된 거리를 반지름으로 하는 세 개의 원을 생성하고, 상기 세 개의 원간의 교점을 구한 다음, 동일한 원에 의한 교점의 중복 없이 세 점씩 쌍으로 묶어 총 8개의 묶여진 삼각형들을 형성하고, 상기 삼각형들중 둘레가 가장 작은 삼각형의 세 꼭지점을 선택하며, 선택된 삼각형의 꼭지점을 통해 내심, 외심 또는 무게중심을 산출하여 산출된 내심의 결과, 외심의 결과, 또는 무게중심의 결과중 어느 한 점을 캡슐 내시경의 좌표로 설정하는 위치정보를 계산하는 단계를 포함하는 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 ⅳ단계는 상기 메모리(50)에 저장된 시간 계수기의 값을 이용하여 하기 <식 1>에 의하여 거리에 비례하는 값을 산출하는 단계;

<식 1>

(
=초음파의 지연 속도,
=초음파 속도,
=비열,
=압력,
= 밀도)

상기 <식1>을 이용하여, 인체내의 캡슐형 내시경의 좌표는
에서 관측점
,
,
까지 실제 거리가
이고, 측정오차가
이면, 하기 <식2>에 의하여 측정한 거리를 산출하는 단계;

<식2>

상기 <식2>에서 관측점
에서
을 반지름으로 하는 원을 <식3>에 의하여 산출하는 단계;

<식3>

상기 <식3>에서 두 원간의 교점
을 구하고, 하기 <식4>에 의하여
을 산출하고, 산출된 교점을 상기 <식3>에 대입하여 <식5>을 산출하며, <식5>을 변형하여 <식6>을 산출하고, 이를 <식5>에 대입하여 두 원간의 교점을 찾는 단계;

<식4>

<식5>

<식6>

상기 단계에서 찾아진 최대 6개의 노드중 교점간의 최대 거리가 작은 것을 선택하여 근접점을 산출하는 단계;

상기 단계에서 찾아진 3점의 근접점으로 삼각형을 형성하여 삼각형의 내심은 <식7>과 같이 연산하고, 외심은 <식8>과 같이 연산하며, 무게중심은 <식9>와 같이 연산하여 이들중 한점을 캡슐형 내시경의 위치정보로 설정하는 단계를 포함하는 근접점 방법을 이용한 캡슐형 내시경의 위치측정 방법.

<식7>

<식8>

<식9>
내측에서 사방으로 형성된 4개의 초음파 감지부(11~14)를 가지며, 상기 초음파 감지부(11~14)의 중앙부로는 연산부(15)가 형성되고, 상기 연산부(15)에는 RF 신호를 송수신 하기 위한 RF 송,수신기(81,82) 및 시간 계수기(90)가 형성된 캡슐내시경(10);

상기 캡슐내시경(10)과 신호를 송수신하기 위하여 사용자에 착용되며, 외측 상부로부터 하부까지 다수의 초음파 발신부(31~38)가 형성되고, 상기 캡슐 내시경(10)캡슐에서 보내온 초음파 신호를 수신하여 거리를 측정하고, 측정된 거리를 연산하여 캡슐내시경의 위치를 산출하고, 산출된 위치를 저장하는 제어를 수행하기 위한 프로세서(41)와 상기 캡슐내시경(10)과 RF 주파수를 송수신하기 위한 송수신장치(44,45)로 구성된 제어부(40)가 일측에 형성되며, 상기 캡슐내시경(10)으로부터 전송되는 영상정보 및 자세정보를 저장하기 위한 메모리(50) 및 상기 캡슐내시경(10)의 내부에 형성된 초음파 감지부(11~14)에 전달되는 초음파 신호를 생성하기 위한 초음파 구동회로(42)를 갖는 착용시스템(20); 및

상기 착용 시스템(20)의 제어부(40)와 전기적으로 케이블(60)을 통하여 연결되어 캡슐내시경(10)으로부터 전송되는 영상정보를 화상처리하기 위한 컴퓨터(70) 및 모니터(100)를 포함하는 화상 처리 시스템(70)으로 구성된 캡슐 내시경의 자세 측정 시스템.