KR20100075616A - 이미지와 조직 특징 데이터를 상관시키는 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
캡슐형 내시경(10)은 의사나 임상의에 의한 검토 및 분석을 요구하는 대량의 생체내 이미지 데이터를 생성한다. 건강한 조직으로부터 모아진 이미지들을 검토하지 않고, 단지 잠재적인 비정상들을 나타내는 이미지들에만 집중함으로써, 데이터를 검토하는데 걸리는 시간이 대폭 감소될 수 있다. 조직 이미지들을 잠재적인 비정상을 나타내기 위해 알려진 특징과 상관시킴으로써, 단지 의심이 가는 이미지들만이 검토될 필요가 있다.
Description
본 발명은 대량의 진단 데이터를 분석 및 검토하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 생체 내 검출 시스템으로부터 수집된 대량의 혈액 콘텐츠 데이터 및 이미지 데이터를 검토하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
캡슐형 내시경의 이용이 의료 분야에서 더 넓게 이용되고 있다. 캡슐형 내시경은 전형적으로 카메라 또는 CCD 장치와 같은 이미징 장치를 포함하고 환자의 소화관을 횡단한다. 캡슐형 내시경에 의해 취해지는 광범위한 경로 때문에, 대량의 데이터 및 이미지들이 생성된다.
최근, 미세 혈관의 혈액 공급의 초기 증가를 검출함으로써 비정상 조직 세포를 검출하기 위해 특정 광 산란 및 흡수 기술들을 이용할 수 있는 것이 발견되었다. 그러한 "혈액 공급의 초기 증가(EIBS)"로서 알려진 그러한 애플리케이션들은 생체 내 종양 이미징, 스크리닝 및 검출을 보조하기 위해 발견되었다. EIBS는 병변들 또는 종양들의 발전에 앞서는 그러한 병변 또는 종양에 대한 전구체들에 근접하지만 스스로는 영향받지 않는 조직들 내에서 드러날 수 있다. EIBS를 초기 검출 방법으로서 이용하는 기술은 제목이 "Increased Microvascular Blood Content is an Early Event in Colon Carcinogenesis (Wali et al., Gut April 2005; 54:654-660)"의 논문에 개시되어 있고, 이것은 전체가 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다. 분광을 이용하여 Hb 농도를 검출하는 기술은 "Y. L. Kim, Y. Liu, R. K. Wali, H. K. Roy, M. J. Goldberg, A. K. Kromin, K. Chen, 및 V. Backman, Simultaneous measurement of angular and spectral properties of light scattering for characterization of tissue microarchitecture and its alteration in early precancer, IEEE J. Sel. Top. Quant. Elec., Vol. 9, 243-256 (2003)와, M. P. Siegel, Y. L. Kim, H. K. Roy, R. K. Wali, 및 V. Backman, Assessment of blood supply in superficial tissue by polarization-gated elastic light-scattering spectroscopy, Applied Optics, Vol. 45, 335-342 (2006)"에 기재되어 있고, 이들 논문 전체가 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
조직들 내의 비정상을 검출하기 위해 알려진 다수의 기술이 있고, 전체가 아니라면 대부분은 인간 분석을 요구한다. 예를 들어, 진단 도구로서 캡슐형 내시경으로부터 수집된 데이터 모두를 이용하기 위해, 대량의 이미지가 프레임별로 검사되어야 하고 환자에게 임의의 비정상이 존재하는지의 여부를 진단하기 위해 의사나 임상의에 의해 분석되어야 한다. 일부 예들에서, 대량의 이미지가 캡쳐되기 때문에, 데이터를 검토하고 단지 비정상이 존재하지 않는다고 결정하기 위해 수 시간이 걸릴 수 있다.
전통적으로, 그러한 데이터를 검토하기 위해, 이미지들을 스크린 상에 표시하였고, 사용자가 한 이미지에서 다음 이미지로 순차적으로 인디케이터나 커서를 수동으로 이동시켰다. 이것은 사용자가 특정 영역들이 더 높은 중요성을 갖거나 특별한 관심이 있는지를 결정하기 위해 이미지들을 사전 스크리닝하지 않고 모아진 이미지들 모두를 보게 하는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명은 EIBS 및 광학 측정들을 이용하여 비정상 조직의 검출을 보조하기 위해 데이터의 분석 및 스크리닝을 돕는 이로운 기술들을 제공한다.
본 발명의 일 양태는 체강(body lumen)으로부터 생체 조직의 이미지들을 캡쳐하는 단계, 캡쳐된 이미지들의 조직의 영역에서 생체 조직의 제1 특징을 검출하는 단계, 및 특징을 나타내는 각각의 데이터 값들과 캡쳐된 이미지들을 상관시키는 단계를 포함하는 캡슐 내시경으로부터 데이터를 스크리닝하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 특정 기준을 만족시키는 각각의 검출된 조직 특징들과 상관된 이들 이미지들에 의사 또는 임상의의 주의를 집중시킴으로써 대량의 캡쳐된 이미지를 검색하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법을 이용함으로써, 의사나 임상의가 정상 데이터를 분석하는데 소비해야 하는 시간을 크게 줄인다. 본 발명을 실시하기 위한 한가지 그러한 방법은 캡슐형 내시경으로부터 캡쳐된 조직 이미지 데이터를 동일한 캡슐로부터 수집된 혈액 콘텐츠 데이터 등의 이미징된 조직들의 조직 특징과 상관시키는 것을 포함한다. 시간 또는 몇몇 다른 기준에 기초하여 데이터를 동기화시킴으로써, 의사나 임상의는 비정상 혈액 콘텐츠 데이터의 영역들 내의 이미지들을 검토하고 정상의 건강한 영역들을 지나감으로써 검토될 필요가 있는 이미지들의 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양상은, 캡슐이 환자로부터의 이미지들을 캡쳐하기 위한 카메라나 CCD와 같은 이미지 캡쳐 장치 및 혈액 콘텐츠 검출기를 포함하는 캡슐 내시경으로부터 수집된 이미지 데이터 및 혈액 콘텐츠 데이터를 스크리닝하는 시스템을 개시하고 있다. 시스템은 또한 캡슐에 의해 수집된 캡쳐된 이미지 데이터 및 혈액 콘텐츠 데이터를 처리하는 프로세서를 포함한다. 본 발명의 이러한 양태에서, 시스템은 데이터 또는 데이터의 표시들을 의사나 임상의가 보게 하는 디스플레이를 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 시스템은 비정상 혈액 콘텐츠 값들의 영역들에 대응하는 캡쳐된 이미지들의 디스플레이 상에 시각적 표시를 제공하는 것이 고려된다. 상관된 이미지들을 표시함으로써, 의사나 임상의는 혈액 콘텐츠 데이터 및 이미지 데이터를 함께 평가하여 어떤 코스의 치료가 환자에게 필요한지를 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 시스템은 사용자에게 미리 결정된 조건을 만족시키는 수집된 상관된 데이터의 선택된 섹션들을 자동적으로 제공한다. 본 발명의 특징은 사용자가 고속으로 관심 영역들을 보게 함으로써 사용자가 검토중인 이미지들의 수를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 캡슐형 내시경의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 캡슐형 내시경 장치를 이용하는 예시적인 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명을 실시하는 예시적인 시스템에 채용되는 흐름도.
도 4는 캡쳐된 이미지 데이터와 상관된 특징 데이터 사이의 대표적인 관련성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 캡슐형 내시경 장치를 이용하는 예시적인 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명을 실시하는 예시적인 시스템에 채용되는 흐름도.
도 4는 캡쳐된 이미지 데이터와 상관된 특징 데이터 사이의 대표적인 관련성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하는 도면.
본 발명은 이미징된 조직에 가장 가깝게 취해진 검출된 특징을 나타내는 값들과 조직으로부터 수집된 대량의 캡쳐된 이미지들을 상관시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 분석 프로세스를 향상시키기 위해 검출된 혈액 콘텐츠 데이터와 대응하는 조직 이미지 데이터를 상관시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도면을 참조하면, 본원의 설명에서 사용되는 도면 전체에서 유사한 부호는 유사한 부분을 나타내고, "a", "an" 및 "the"의 의미는 문맥이 명확하게 다른 것을 나타내지 않는다면 복수 참조를 포함한다. 또한, 본원의 설명에서 사용되는 바와 같이, "in"의 의미는 문맥이 명확하게 다른 것을 나타내지 않는다면 "in" 및 "on" 모두를 포함한다. 또한, 본원의 설명에서 사용되는 바와 같이, "and" 및 "or"의 의미는 접속사 및 이접적 접속사 모두를 포함하고 문맥이 명백히 다른 것을 나타내지 않는다면 상호교환적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 사용가능한 예시적인 캡슐형 내시경의 블록도를 도시한다. 캡슐 내시경(10)은 전원 공급기(12), 이미징 유닛(14), 송신기(16), 캡슐 윈도우(17) 및 혈액 콘텐츠 검출기(18)를 수용한다.
도 2는 캡슐형 내시경을 이용하는 본 발명의 데이터 스크리닝 시스템의 대표적인 컴포넌트들을 도시한다. 그러나, 설명된 시스템은 캡슐 내시경들에 제한되지 않고 전통적인 내시경들의 이용도 포함하는 것을 이해할 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 캡슐 내시경(10)은 환자(20)에 의해 삼켜져서 환자의 소화관(25)을 통해 이동한다. 이미징 유닛(14) 및 혈액 콘텐츠 검출기(18)에 의해 수집된 조직 이미지 데이터 및 혈액 콘텐츠 데이터는 신호(30)로서 송신기(16)를 경유하여 수신 유닛(40)으로 송신된다. 수신 유닛(40)은 이미지 데이터 및 혈액 콘텐츠 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있고, 또한 디스플레이 유닛(55)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 수신 유닛(40)은 신호(30)를 수신하여 그 정보를 이미지 처리 유닛(50)에 전달하는 데이터 수신기로서만 작용할 수 있다. 이미지 처리 유닛(50)은 수신된 데이터를 수신, 처리 및 표시할 수 있는 임의 유형의 범용 또는 특수 목적의 컴퓨터 또는 프로세서일 수 있다. 처리 유닛(50)은 인터넷에 액세스하는 서버일 수도 있고, 이로써 원격 사용자 또는 임상의가 인터넷을 통해 캡쳐된 데이터를 분석할 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 방법의 흐름도(300)를 도시한다. 흐름도(300)는 도 1 및 도 2의 캡슐 및 시스템을 참조하여 설명될 것이다. 단계(310)에서, 캡슐 내시경(10)은 동력이 공급되거나 활성화된다. 그러한 활성화는 본 발명을 실시하기 위해 중요하지 않고 본 기술 분야에 알려진 기술들을 포함하는 여러 방식들에 의해 달성될 수 있다. 그러한 기술들은 온보드 배터리, 유도, RF 여기 등을 포함한다. 단계(320)에서, 캡슐 내시경(10)은 환자(20)에 의해 삼켜지고 환자 소화관(25)을 횡단한다. 혈액 콘텐츠 검출기(18)와 같은 캡슐 내시경(10) 내의 검출기는 소화관(25)의 통과 중에 데이터 값들을 생성한다. 단계(330)에서 생성된 데이터는 소화관으로부터 수집될 수 있는 임의의 특징에 관한 것일 수 있다. 그러한 데이터 특징들은 예를 들어, 혈액 콘텐츠 데이터, pH 데이터, 온도 데이터 또는 임의의 비정상 조건 또는 특징의 진단이나 예측을 돕는데 이용될 수 있을지도 모르는 임의의 다른 데이터를 포함할 수 있다.
그후, 단계(340)에서, 이미징 유닛(14)은 단계(330)의 특징 데이터가 생성되는 장소를 근접하게 둘러싸는 조직의 이미지들을 캡쳐한다. 캡쳐된 이미지 데이터 및 특징 데이터 모두는 단계(350)에서 캡슐 내시경(10)으로부터 송신기(16)를 경유해서 수신 유닛(40)으로 송신된다. 신호(30)의 송신을 위해 선택된 특별한 방법은 본 발명에 중요하지 않고 RF 송신 등의 임의의 잘 알려진 방법일 수 있다. 수신 유닛(40)은 신호(30)를 수신하고 수신된 데이터를 단계(360 및 370)에 따라 저장하거나 데이터를 처리 유닛(50)에 제공한다. 수신 유닛(40)은 처리 유닛(50)의 일부일 수 있고 또는 단독형 유닛일 수도 있다. 대안적으로, 처리 유닛(50)은 단일 집적 장치 내에 수신 유닛(40)을 포함할 수 있다. 단계(380)에 따르면, 단계(330)에서 모아진 특징 데이터 및 단계(340)에서 모아진 조직 이미지들은 공통 속성에 기초하여 상관된다. 상관 단계(380)는 수신 유닛(40)에의 데이터의 송신 전에 캡슐 내에서 수행될 수도 있음을 주의해야 한다. 이것은 혈액 콘텐츠 검출기(18) 또는 이미징 유닛(14) 또는 도 1에 도시되지 않은 별도의 프로세서와 관련된 프로세서에 의해 수행될 수도 있다. 전형적으로, 상관의 속성은 시간 기반이지만, 다른 속성들도 이용될 수 있다.
그 후, 의사나 임상의와 같은 사용자는 단계(400)에 의해 식별된 특정 기준을 만족시키는 데이터에 대한 특징 데이터를 검색하기 위해 단계(390)에 따라 처리 유닛(50)과 상호작용할 수도 있다. 혈액 콘텐츠 데이터가 단계(330)에서 수집된 특징 데이터이면, 임계 레벨, 또는 범위, 최소/최대, 또는 통계 분석과 같은 다른 적절한 기준을 일반적으로 이용하여 혈액 콘텐츠 데이터가 정상 범위 내에 있는지를 결정한다. 단계(400)에서 분석되는 특징 데이터가 미리 설정된 임계치 또는 다른 기준을 충족시키면, 해당 특징 데이터와 상관되는 조직 이미지 데이터가 사용자에게 표시되어 사용자가 의심스러운 특징 데이터에 인접한 영역 내의 둘러싸는 조직을 검토할 수 있다.
사용자가 특정 특징 데이터 및 상관된 이미지를 분석하면, 프로세스는 계속되고 분석할 데이터가 존재하는 한 단계(390 내지 410)가 반복된다. 사용자가 데이터 임계 기준을 만족시키는 모든 특징 데이터를 검토했으면, 프로세스는 종료한다. 미리 설정된 기준을 만족시키는 데이터의 영역들에 대한 상관된 특징 데이터를 스캐닝하는 이러한 방법을 이용하고, 높은 확률의 비정상 결과들의 표시가 있는 이미지들만을 검토함으로써, 의사나 임상의가 환자로부터 수집된 데이터를 검토하는데 걸리는 시간을 크게 줄일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 이러한 방법은 캡슐형 내시경에서 사용되는 것으로 제한되지 않고 혈액 콘텐츠 검출기 및 이미징 장치와 같은 특징 데이터 검출기들과 맞추어진 전통적인 내시경들을 포함하여 임의 수의 이미지 수집 기술들에 의해 채용될 수 있다.
도 4는 단계(330)에서 캡쳐된 특징 데이터(460)와 단계(340)에서 캡쳐된 이미지 데이터(450) 사이의 상관 관계를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 특징 데이터는 단순한 수치로서 저장 및/또는 표시되고 특정 기준을 만족시키는 영역들을 발견하도록 고속으로 검색될 수 있다. 사용자 또는 시스템이 기준을 만족시키는 특징 데이터(460)를 위치시키면, 이미지 데이터(450)는 데이터를 상관시킬 능력 때문에 뷰어에게 고속으로 액세스 가능하다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예를 나타낸다. 표시 스크린(500)은 수신 유닛(40) 또는 처리 유닛(50) 내에 포함될 수 있고 사용자가 도 3의 단계(340)에서 캡쳐된 이미지들을 보게 하도록 의도된다. 혈액 콘텐츠 검출기 등에 의해 캡쳐된 감소된 헤모글로빈 농도의 영역들은 디스플레이 역역(510)에서 그레이 스케일로 표시된다. 인덱스 영역(550)은 도 3의 단계(330)에서 캡쳐된 조직 이미지들의 섬네일 이미지들을 포함한다. 인디케이터(570)는 사용자가 분석중인 영역을 나타낸다. 이미지(520)는 관심 이미지(530)에 바로 앞서는 이미지를 나타내고, 이미지(540)는 관심 이미지(530) 바로 뒤의 이미지를 나타낸다.
선택가능한 온스크린 아이콘 또는 버튼(590)은 사용자가 관심 영역에만 집중하고 있는 데이터를 지나 자동으로 점프하게 한다. 버튼(590)을 선택함으로써, 데이터는 자동적으로 다음 관심 영역에 스크롤되어 임의의 비정상을 나타내지 않는 정상 데이터를 자동으로 지나간다. 버튼(590)을 선택함으로써 관심 데이터가 또한 디스플레이 영역(580) 내에 표시된다. 이미지들(520 및 540)은 도 3의 단계(400 및 410)에서 예시된 바와 같이, 낮은 헤모글로빈 특징을 표시하는 혈액 콘텐츠 데이터에 상관된 이미지 바로 전과 바로 후의 이미지들을 나타낸다. 버튼(590)을 반복적으로 선택하거나 활성화함으로써, 이미지들은 혈액 콘텐츠 데이터가 낮은 헤모글로빈 콘텐츠를 표시하는 다음 위치로 계속 점프한다. 원하는 알고리즘을 이용함으로써, 비정상 조직이 다수의 순서화된 이미지들 사이에서 이미징되었을 수도 있는 이미지들의 시퀀스를 선택적으로 검토할 수 있다. 그 결과, 데이터는 효율적이고 매우 정확한 방식으로 분석된다. 이해할 수 있듯이, 본 발명에서 벗어나지 않고 수집된 이미지들과 함께 상관된 특징 데이터를 이용하는 다른 구현들이 채용될 수도 있다.
Claims (10)
- 캡슐 내시경(10)으로부터 데이터를 스크리닝하는 방법으로서,
체강으로부터 생체 조직의 이미지들을 캡쳐하는 단계;
상기 캡쳐된 이미지들 내의 조직과 근접한 상기 생체 조직의 제1 특징을 검출하는 것에 기초하여 데이터 값들을 생성하는 단계; 및
각각의 상기 데이터 값들을 각각의 상기 캡쳐된 이미지들과 상관시키는 단계
를 포함하는 데이터 스크리닝 방법. - 제1항에 있어서,
상기 특징 데이터 값들에 기초하여 관심 영역들을 식별하는 단계; 및
적어도 하나의 캡쳐된 이미지 및 상기 식별된 관심 영역들에 대한 데이터 값을 표시하는 단계
를 더 포함하는 데이터 스크리닝 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 특징 데이터는 혈액 콘텐츠인 데이터 스크리닝 방법. - 제1항에 있어서,
상기 특징 데이터 및 대응하는 캡쳐된 이미지들은 시간적으로 동기화되는 데이터 스크리닝 방법. - 캡슐 내시경(10)으로부터 수집된 이미지 데이터 및 혈액 콘텐츠 데이터를 스크리닝하는 시스템으로서,
생체 조직의 이미지들을 캡쳐하는 이미지 캡쳐 장치(14) 및 생체 조직 내의 혈액 콘텐츠를 검출하는 혈액 콘텐츠 검출기(18)를 포함하는 캡슐(10);
상기 캡슐(10)로부터의 혈액 콘텐츠 및 이미지 데이터를 처리하는 프로세서(50); 및
상기 프로세서(50)로부터의 결과들을 표시하는 디스플레이(55)
를 포함하는 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 프로세서(50)는 조건을 만족시키는 혈액 콘텐츠 값들에 대응하는 그 캡쳐된 이미지들에 대한 표시를 상기 디스플레이(55) 상에 제공하는 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 디스플레이는 사용자가 상기 조건을 만족시키는 혈액 콘텐츠 값들에 대응하는 선택된 이미지들을 직접 액세스할 수 있게 하는 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 조건은 임계값인 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 조건은 값들의 범위인 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 프로세서(50)는 혈액 콘텐츠 데이터 및 상기 캡쳐된 이미지 데이터를 상관시키고, 상기 디스플레이(55)는 상기 상관된 혈액 콘텐츠 데이터의 특징에 기초하여 상기 캡쳐된 이미지 데이터를 표시하는 시스템.
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