KR20160149590A - 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법 - Google Patents

무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법 Download PDF

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Abstract

무선 캡슐 내시경 시스템에 있어서, 무선 캡슐 내시경; 및 체외 센서;를 포함하되, 상기 무선 캡슐 내시경은 압축 센싱을 이용하여 압축된 측정 신호를 상기 체외 센서로 전송하고, 상기 체외 센서는 상기 무선 캡슐 내시경에서 전송된 상기 압축된 측정 신호에 경로 손실 효과 또는 노이즈를 보정하여 보정 신호를 생성하고, 상기 보정 신호를 상기 압축된 측정 신호에 반영하여 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템이 제공된다.
본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은, 무선 캡슐 내시경을 이용하여 인체 내의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상 신호를 압축할 수 있는 압축 센싱(Compressive sensing; CS) 기술을 이용하여 외부 장치로 영상 신호를 전송할 수 있어, 무선 캡슐 내시경의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.

Description

무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법{Wireless capsule endoscopy system and signal compression transmission method thereof}
본 발명은 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법에 관한 것으로, 특히, 무선 캡슐 내시경에서 측정된 신호를 압축하여 전송할 수 있는 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법에 관한 것이다.
내시경은 본래 수술을 하거나, 부검을 하지 않고서는 직접 병변을 볼 수 없는 장기를 관찰하도록 고안된 인체 삽입형 의료기구이다.
그러나, 내시경은 검사에 따르는 고통과 불쾌감 등으로 인하여 많은 환자들이 내시경 검사를 회피하고 있고, 이에 대신하여 약물 치료 등을 받으려는 경우가 있다.
특히, 지금까지 내시경은 많은 진단과 검사에 사용되어 왔음에도 불구하고, 도관의 크기 및 강성으로 인하여 환자와 의료진에게 여러 가지 불편함을 주었다.
이에 따라, 최근에는 내시경의 여러 단점을 보안한 캡슐 타입의 내시경이 개발되어 의료 현장에서 여러 질병들을 진단하는데 사용되고 있다.
캡슐 타입의 내시경 즉, 캡슐 내시경은 복용 가능한 캡슐 크기의 내시경으로서 인체의 구강을 통해 삼켜져 인체의 체강 중 어느 하나인 소화기관의 운동 연동에 따라 이동하면서, 소화기관 이미지를 촬영한 후에 그 촬영된 영상 정보를 무선 통신을 통해 외부 장치에 전송하는 것이다.
그런데 이러한 캡슐 내시경은 초소형이어서 인체 내 소화기관의 연동 운동에 따라 움직이면서 수 만장에서 수십 만장의 피검체 영상을 촬영한다.
이렇게 캡슐 내시경에서 촬영된 영상은 외부 장치로 전송되지만, 이때, 촬영한 영상을 외부로 전송할 때 많은 전력이 사용된다.
따라서, 이러한 캡슐 내시경은 인체 내에 머무는 시간 동안 전력 소비가 커서, 인체 내에 머무는 시간 동안 작동을 위한 충분한 용량의 배터리가 설계될 필요가 있고, 그에 따라 배터리가 대형화되고 캡슐 내시경도 대형화되는 문제가 있게 된다.
따라서 캡슐 내시경에서 촬영한 영상 정보를 외부 장치로 전송시 전력을 덜 사용하는 기술이 요구되고 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 무선 캡슐 내시경이 촬영한 영상 신호를 압축하여 외부로 전송함으로써, 무선 캡슐 내시경의 사용 전력을 감소시킬 수 있는 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 캡슐 내시경 시스템에 있어서, 무선 캡슐 내시경; 및 체외 센서;를 포함하되, 상기 무선 캡슐 내시경은 압축 센싱을 이용하여 압축된 측정 신호를 상기 체외 센서로 전송하고, 상기 체외 센서는 상기 무선 캡슐 내시경에서 전송된 상기 압축된 측정 신호에 경로 손실 효과 또는 노이즈를 보정하여 보정 신호를 생성하고, 상기 보정 신호를 상기 압축된 측정 신호에 반영하여 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템이 제공된다.
상기 무선 캡슐 내시경은 ASIC, 전등부, SPAD 및 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 무선 캡슐 내시경은 N개의 측정 신호를 M개의 압축 신호로 변환하되, N>M인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 무선 캡슐 내시경은 상기 무선 캡슐 내시경의 소비 전력을 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 체외 센서는 수식을 이용하여 경로 손실 또는 노이즈를 보정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
수식
Figure pat00001
(
Figure pat00002
는 보정 신호,
Figure pat00003
는 압축 신호,
Figure pat00004
는 경로 손실 효과,
Figure pat00005
은 AWGN에 의한 노이즈)
무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법에 있어서, 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법에 있어서, 상기 무선 캡슐 내시경에서 측정된 신호를 압축하는 단계; 상기 무선 캡슐 내시경에서 체외 센서로 압축 신호를 전송하는 단계; 및 상기 전송된 압축 신호에 보정 신호를 적용하여 신호를 복원하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법이 제공된다.
상기 측정된 신호를 압축하는 단계는, N개의 측정 신호를 M개의 신호로 변환하는 것으로, 이때 N>M 인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보정 신호 생성은 수식을 이용하여, 경로 손실 또는 노이즈를 보정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
수식
Figure pat00006
(
Figure pat00007
는 보정 신호,
Figure pat00008
는 압축 신호,
Figure pat00009
는 경로 손실 효과,
Figure pat00010
은 AWGN에 의한 노이즈)
본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은, 무선 캡슐 내시경을 이용하여 인체 내의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상 신호를 압축할 수 있는 압축 센싱(Compressive sensing; CS) 기술을 이용하여 외부 장치로 영상 신호를 전송할 수 있어, 무선 캡슐 내시경의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 압축된 신호의 복원시 신호대잡음비(SNR; Signal-to-noise ratio), 부가 백색 가우스 잡음(AWGN; Additive white Gaussian noise) 및 인체에 기반한 경로 손실을 감안하여 신호를 복원함으로써, 신호의 복원성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 압축 센싱 기술을 이용하여 무선 캡슐 내시경의 소비 전력을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 신호 복원을 위한 처리 시간이 종래의 압축 센싱이 없는 내시경과 비교하여 무선 캡슐 내시경에서 압축 데이터를 전송하여 신호를 복원하기 때문에 더욱 빠른 처리 속도를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 압축 신호 복원시 경로 손실 및 노이즈 인자를 감안하여 보상하므로 오리지널 신호에 가까운 신호로 복원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템의 세부 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경의 세부 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경과 체외 센서에서 신호 송수신시 전력 소비량을 계산하는 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템을 이용한 신호 복원 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법을 나타낸다.
본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템은 무선 캡슐 내시경에서 측정된 신호를 최소의 크기로 압축하는 신호 압축부, 압축된 신호를 전송하는 송신부, 신호를 전송 받는 수신부 및 상기 신호를 복원하는 신호 복원부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템은 캡슐 내시경에서 측정된 신호를 압축 센싱을 이용하여 압축한 측정 신호를 체외 센서에 전송함으로써 무선 캡슐 내시경의 전력 소모에 큰 영향을 미치는 데이터 전송에 소비되는 전력을 크게 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템(10)을 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템의 세부 구성을 나타낸다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템(10)은 크게 사람의 체내를 촬영하는 무선 캡슐 내시경(100) 및 무선 캡슐 내시경으로부터 영상을 수신 받는 체외 센서(200)로 구성될 수 있다.
무선 캡슐 내시경(100)은 인체의 체내 영상을 촬영하기 위해 인체의 구강으로 쉽게 투입될 수 있도록 초소형의 캡슐 형태를 갖고 있다. 즉, 본 실시예에서 무선 캡슐 내시경(100)은 캡슐 형상으로 구성되나, 이에 제한되는 것이 아니며, 원통 형상, 사각형 형상 등의 다양한 형상으로 만들어질 수 있다.
즉, 무선 캡슐 내시경(100)은 체내에 삽입될 수 있는 캡슐 형태이면 이에 제한되지 않으며, 환자가 무선 캡슐 내시경(100)을 삼키게 되면 무선 캡슐 내시경(100)은 소화기관을 따라 체내 영상을 촬영하게 된다.
이러한 무선 캡슐 내시경(100)은 신호 측정부(110), 신호 압축부(120) 및 송신부(130)를 포함할 수 있다.
신호 측정부(110)는 인체 내 장기의 신호를 측정하는 요소로서, 신호를 측정할 수 있는 요소이면 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는, 신호의 측정은 인체 내의 영상 촬영을 포함할 수 있다.
신호 측정부(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, ASIC(111), 전등부(112), SPAD(113) 및 컨트롤러(114)로 구성될 수 있다.
ASIC(Application-specific integrated circuit, 111)는 주문형 집적회로로서, 예를 들면, 실리콘, 갈륨 아세나이드(Gallium arsenide), SiC(Silicon carbide) 그래핀 또는 임의의 유기 반도체 물질과 같은 기판 내에 및/또는 상에 임베딩된 하나 이상의 회로로 구성될 수 있다. 또한, ASIC(111)는 무선 캡슐 내시경(100)에 구성된 충전회로 일 수 있다.
전등부(112)는 주기적으로 빛을 출력하여 어두운 인체 내의 영상을 촬영할 수 있게 하며, 이는 LED 등으로 구성될 수 있다.
SPAD(Single-photon avalanche diode, 113)는 광자 검출기로서, 전등부(112)에서 출력하는 빛 중에서 신체 장기에서 반사되는 빛을 감지하게 된다.
컨트롤러(114)는 SPAD(113)에 부딪히는 빛의 계수율을 디지털 신호로 검출할 수 있으며, 이를 특정 x 신호로 검출한다.
또한, 컨트롤러(114)는 다음 수식 1을 이용하여 무선 캡슐 내시경(100)에서 사용된 전체 사용 전력
Figure pat00011
를 계산 할 수 있다.
수식 1
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
은 전등의 전력 사용량,
Figure pat00014
는 ASIC의 전력 사용량,
Figure pat00015
는 SPAD 전력 사용량,
Figure pat00016
은 컨트롤러와 무선 결합에 사용된 전력 사용량 및
Figure pat00017
는 데이터 전송에 사용된 전력량을 나타낸다.
이때,
Figure pat00018
는 수식 2를 통하여 계산된다. 수식 3의
Figure pat00019
는 데이터 전송 전력
Figure pat00020
및 예상 거리 값 E 사이의 관계를 나타낸다.
수식 2
Figure pat00021
여기서,
Figure pat00022
은 아래 수식 3을 통해 계산된다.
수식 3
Figure pat00023
수식 3에서 a, b는 데이터 전송시 무선 캡슐 내시경의 위치이다.
수식 3은 무선 캡슐 내시경의 위치를 이용하여 무선 캡슐 내시경(100)과 체외 센서(200)와의 거리를 반영하며, 거리가 멀어질수록 데이터 전송 전력량이 증가한다. 또한, 수식3은 이하 수식 4로 간략화될 수 있다.
수식 4
Figure pat00024
즉, 수식 4를 수식 2에 적용하면 수식 5로 정리될 수 있다.
수식 5
Figure pat00025
신호 압축부(120)는 신호 측정부(110)에서 측정된 신호를 압축(compressive sensing, 이하 '압축 센싱' 또는 'CS'라고 칭하기도 한다)한다.
일반적으로 내시경에서 촬영된 영상은 외부 장치로 전송을 위해 변환되고, 외부 장치에서는 이렇게 변환된 신호를 영상으로 복원하게 되는데, 이러한 영상 복원은 샘플링 이론을 이용하여 이루어진다.
즉, 샘플링 주파수는 표현할 수 있는 정보의 양에 비례하는데 신호의 최고 주파수의 2배 이상으로 샘플링해야만 그 신호를 정확하게 다시 복원할 수 있다는 것이다.
그러나, 본 발명의 압축 센싱은 일정 조건이 만족하도록 신호를 압축하여 기존의 샘플링률보다 적은 샘플링률로 샘플링 하더라도 원래 영상 신호를 복원할 수 있다.
더욱 구체적으로, 신호 압축부(120)의 신호 압축을 자세히 설명한다.
신호 압축부(120)는 신호 측정부(110)로부터 측정된 신호를 수신하고, 측정 신호 x를
Figure pat00026
와 같이 최대 N개의 신호가 생성되도록 한다.
여기서, 신호 압축부(120)는 신호 x가 규칙적인 도메인 안에서 희소하도록, 행렬
Figure pat00027
을
Figure pat00028
으로 구성한다. 이때, 측정 신호 x의 압축을 위해 N보다 작은 수가 되도록 M을 결정한다.
이러한, 행렬
Figure pat00029
에 의해 측정 신호
Figure pat00030
로부터 압축된 신호
Figure pat00031
를 얻게 된다.
이와 같은 과정을 통해 압축 신호
Figure pat00032
는
Figure pat00033
와 같이 M개의 신호가 생성된다.
즉, 신호 압축부(120)는 신호 측정부(110)로부터 N개의 측정 신호
Figure pat00034
를 M개의 압축 신호
Figure pat00035
로 압축해준다. 이때, N 보다 M이 작은 수이므로 행렬
Figure pat00036
를 통해 측정 신호가 결과적으로 압축된다.
그리고, 모든 측정 신호
Figure pat00037
가 행렬
Figure pat00038
에 따라 압축 신호
Figure pat00039
에 매칭되므로, 압축 신호
Figure pat00040
만으로도 측정 신호
Figure pat00041
를 복원하는데 문제가 없게 된다.
송신부(130)는 압축 신호 y를 체외 센서(200)로 전송한다.
한편, 체외 센서(200)는 신호 수신부(210), 신호 복원부(220) 및 출력부(230)로 구성된다.
수신부(210)는 무선 캡슐 내시경(100)의 송신부(130)로부터 압축 신호
Figure pat00042
를 수신 받게 된다.
신호 복원부(220)는 수신된 압축 신호
Figure pat00043
에 무선 캡슐 내시경(100)의 위치에 따른 경로 손실 효과
Figure pat00044
및 노이즈 인자
Figure pat00045
를 고려하여 보정한다.
본 발명에서 경로 손실 효과
Figure pat00046
는 경로 손실 값이 이미 알려진 기준 거리
Figure pat00047
를 이용하여 계산된다.
구체적으로, 신호 복원부(220)는 수식 1에 나타난 바와 같이, 무선 캡슐 내시경(100)으로부터 전송된 y 신호, 경로 손실 효과
Figure pat00048
및 AWGN의 노이즈 n을 고려하여 보정 신호
Figure pat00049
를 계산한다.
수식 6
Figure pat00050
즉, 보정 신호
Figure pat00051
는 압축 신호 y에 경로 손실 효과
Figure pat00052
를 반영한 후에 AWGN의 노이즈 n을 보정하여 계산된다.
보정 신호
Figure pat00053
가 도시된 수식 1에서, 경로 손실 효과는
Figure pat00054
와 같이 계산되며, 수식 7을 이용하여 구해진다.
수식 7
Figure pat00055
여기서,
Figure pat00056
는 기준 거리
Figure pat00057
에서 경로 손실을, d는 무선 캡슐 내시경(100)과 체외 센서(200)의 거리를,
Figure pat00058
는 경로 손실 지수를,
Figure pat00059
는 신호의 위상 이동을,
Figure pat00060
는 반송 주파수로서 압축 신호
Figure pat00061
를 반송하는 주파수를, S는 음영 효과를 나타낸다.
즉, 신호 복원부(220)는 보정 신호
Figure pat00062
값을 계산하여 신호 복원부(220)로 전송한다.
신호 복원부(220)는 보정 신호
Figure pat00063
를 선형 프로그램을 사용하여 복원 신호
Figure pat00064
로 복원하는데, 이때 선형 프로그램은 압축 신호
Figure pat00065
에 대해 보정 신호
Figure pat00066
를 이용하여 복원 신호
Figure pat00067
로 복원하게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 무선 캡슐 내시경(100)에서 전력 소비량을 계산한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선 캡슐 내시경(100)이 신체 내부 (a, b)에 위치해있다면, 무선 캡슐 내시경(100)의 위치는 균일한 분포로서,
Figure pat00068
로 모델링 될 수 있다.
그리고 체외 센서(200)는 인체의 중앙
Figure pat00069
에 위치시킨다.
여기서, W는 인체의 장기를 도 3에 도시된 바와 같이 표현할 때, 가로 길이 및 세로 길이를 나타내며, 본 발명에서는 편의상 가로, 세로가 동일한 W 길이로 규정하였다.
그에 따라,
Figure pat00070
위치는 인체의 중앙에 해당한다.
한편, 본 발명에서 제안된 신호 압축 전송 방법의 성능은 수식 8에 나타난 바와 같이, 절대 오차 평균(MAE; Mean absolute error)을 이용하여 평가될 수 있다,
수식 8
Figure pat00071
즉, 원래 측정 신호
Figure pat00072
에서 복원된 영상 신호
Figure pat00073
의 절대값 차이를 평균으로 계산하여, 신호 복원의 정확성을 평가하는 것이다. 구체적으로 원래 측정 신호와 복원된 신호의 차이가 작을 수록 절대 오차 평균 값은 작게 계산되며, 차이가 크게 되면 절대 오차 평균 값은 커지게 된다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템의 성능 측정 결과를 설명한다.
본 발명에서 제안하는 무선 캡슐 내시경 시스템(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 캡슐 내시경(100)이 인체의 중앙에 위치하고 체외 센서(200)와의 거리가 100mm 인 상태에서 실험하였다.
이때, 경로 손실 지수
Figure pat00074
는 4.26, 음영 효과
Figure pat00075
는 7.85dB, 경로 손실 지수
Figure pat00076
는 47.14dB, 기준 거리
Figure pat00077
는 50mm 및 반송 주파수
Figure pat00078
는 402MHz 로 하였다.
채널 제약 조건에서 조사된 무선 캡슐 내시경(100)의 오리지널 신호와 복원된 신호를 비교하여 도 4로 표시하였다.
측정 신호의 개수
Figure pat00079
가 1000이고, 압축 신호의 개수
Figure pat00080
가 100이며, SNR이 5dB일 때를 측정하였다.
실험 결과는 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 캡슐 내시경(100)이 전송한 압축 신호
Figure pat00081
를 복원 신호
Figure pat00082
로 복원하면, 오리지널 신호
Figure pat00083
와 거의 일치하는 복원 신호
Figure pat00084
가 출력된다는 것을 알 수 있다.
이때, 측정 신호 샘플이 500에서 600사이의 데이터를
Figure pat00085
의 범위로 확대해보면 미세한 노이즈만이 존재하는 것을 볼 수 있다.
즉, 본 발명에 의해 복원된 신호
Figure pat00086
는 원래 측정 신호
Figure pat00087
에 대하여, 매우 작은
Figure pat00088
값만 가지게 되며, 즉, 원래 측정 신호
Figure pat00089
와 거의 비슷하게 복원된다는 것을 알 수 있다.
표 1에 도시된 바와 같이, 수식 8을 이용하여 본 발명의 무선 캡슐 내시경(100)의 절대 오차 평균
Figure pat00090
를 계산하면 다음과 같다.
표 1
Figure pat00091
그리고, 본 발명의 무선 내시경 신호 압축 시스템의 소비 전력 감소를 평가하였다.
수식 9는 무선 캡슐 내시경의 감소된 소비 전력의 비율을 계산하는 식을 나타낸다.
수식 9
Figure pat00092
이때, 본 실시예의 방법에 따라 M번 데이터를 전송할 때 소비전력
Figure pat00093
을 압축 센싱 없이 N번의 데이터를 전송할 때 소비전력 수행한 신호
Figure pat00094
를 비교한 결과를 보여준다.
즉, 표 2에 도시된 바와 같이, 수식 6 및 수식 9를 이용하여 본 발명의 무선 캡슐 내시경(100)의 소비 전력
Figure pat00095
및 전력 절약
Figure pat00096
를 계산하면 다음과 같다.
표 2
Figure pat00097
본 실험은 무선 캡슐 내시경의 전체 전력 소비량이 컨트롤러 및 무선 결합이 요구될 때 150
Figure pat00098
및 100비트 데이터를 변환하기 위해 즉시 요구되는 100
Figure pat00099
정도를 동작하기 위한 AISC 소비량 1.76mW, SPAD 소비량 255
Figure pat00100
를 기반일 때 실시하였다.
이때, 무선 캡슐 내시경(100)의 측정 신호는 10-펄스 신호를 가지는 1000개의 샘플을 가지고, 무선 캡슐 내시경이 커버하는 영역의 길이 W는 200mm이고, 반복 횟수 I는 100번으로 하였다.
즉, 본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 원래 측정된 오리지널 측정 신호 x 를 압축하여 최소한의 전력을 사용하며, 신호 복원시 캡슐 내시경의 위치에 따른 경로 손실 정보와 노이즈 인자를 고려하여 복원 신호
Figure pat00101
를 복원하는데 이용된다.
이하, 도 5를 이용하여 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법(500)을 설명한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법을 나타낸다.
무선 캡슐 내시경 시스템(10)의 신호 압축 전송 방법(500)은 무선 캡슐 내시경에서 측정한 신호를 압축하는 단계(S501), 무선 캡슐 내시경에서 체외 센서로 압축 신호를 전송하는 단계(S502) 및 전송된 압축 신호에 보정 신호를 적용하여 신호를 복원하는 단계(S503)를 포함할 수 있다.
먼저, 무선 캡슐 내시경(100)에서 측정한 신호를 압축한다 (단계 S501).
구체적으로, 무선 캡슐 내시경(100)이 인체 내에 들어가게 되면, 신호 측정부(110)가 동작하게 되면서 체내를 영상으로 측정하고, 이를 기반으로 측정 신호 x 를 출력하게 된다.
또한, 신호 측정부(110)에서 출력된 측정 신호
Figure pat00102
는 행렬
Figure pat00103
를 이용하는 압축 센싱 과정을 통해 압축 신호
Figure pat00104
로 변환된다.
다음으로, 무선 캡슐 내시경(100)에서 체외 센서(200)로 압축 신호를 전송한다(단계 S502).
구체적으로, 무선 캡슐 내시경(100)은 체외 센서(200)로 압축 신호 y 를 전송하기 위해 무선 캡슐 내시경(100)에서 체외 센서(200)와의 떨어진 거리를 측정한 후에 이에 대한 경로 손실 값, 노이즈 인자 및 압축 신호를 체외 센서(200)로 전송한다.
다음으로, 전송된 압축 신호에 보정 신호를 적용하여 신호를 복원한다 (단계 S503).
구체적으로, 무선 캡슐 내시경(100)으로부터 수신된 압축 신호 y 에 보정 신호
Figure pat00105
를 계산하고, 계산된 보정 신호
Figure pat00106
를 압축 신호 y에 반영하여 신호
Figure pat00107
로 복원하여 출력한다.
이때, 체외 센서(200)에서 보정 신호
Figure pat00108
계산시, 신호대잡음비(SNR; Signal-to-noise ratio), 부가 백색 가우스 잡음(AWGN; Additive white Gaussian noise) 및 실제 인체 모델에 기반한 경로 손실을 보정하기 때문에 신호의 복원성이 향상될 수 있다.
이와 같은 방법을 통해, 본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은, 무선 캡슐 내시경을 이용하여 인체 내의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상 신호를 압축할 수 있는 압축 센싱(Compressive sensing; CS) 기술을 이용하여 외부 장치로 영상 신호를 전송할 수 있어, 무선 캡슐 내시경의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 캡슐 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 압축된 신호의 복원시 신호대잡음비(SNR), 부가 백색 가우스 잡음(AWGN) 및 인체에 기반한 경로 손실을 감안하여 신호를 복원함으로써, 신호의 복원성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 압축 센싱 기술을 이용하여 무선 캡슐 내시경의 소비 전력을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 신호 복원을 위한 처리 시간이 종래의 압축 센싱이 없는 내시경과 비교하여 더욱 빠른 처리 속도를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 내시경 시스템 및 이를 위한 신호 압축 전송 방법은 압축 신호 복원시 경로 손실 및 노이즈 인자를 감안하여 보상하므로 오리지널 신호에 가까운 신호로 복원할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 상기 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 무선 캡슐 내시경 시스템
100 : 무선 캡슐 내시경 110 : 신호 측정부
111 : ASIC 112 : 전등부
113 : SPAD 114 : 컨트롤러
120 : 신호 압축부 130 : 송신부
200 : 체외 센서 210 : 수신부
220 : 신호 복원부 230 : 출력부

Claims (8)

  1. 무선 캡슐 내시경 시스템에 있어서,
    무선 캡슐 내시경; 및
    체외 센서;
    를 포함하되,
    상기 무선 캡슐 내시경은
    압축 센싱을 이용하여 압축된 측정 신호를 상기 체외 센서로 전송하고,
    상기 체외 센서는
    상기 무선 캡슐 내시경에서 전송된 상기 압축된 측정 신호에 경로 손실 효과 또는 노이즈를 보정하여 보정 신호를 생성하고,
    상기 보정 신호를 상기 압축된 측정 신호에 반영하여 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 캡슐 내시경은
    ASIC, 전등부, SPAD 및 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 캡슐 내시경은
    N개의 측정 신호를 M개의 압축 신호로 변환하되, N>M인 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 캡슐 내시경은
    상기 무선 캡슐 내시경의 소비 전력을 계산하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 체외 센서는 수식을 이용하여 경로 손실 또는 노이즈를 보정하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템.
    수식
    Figure pat00109

    (
    Figure pat00110
    는 보정 신호,
    Figure pat00111
    는 압축 신호,
    Figure pat00112
    는 경로 손실 효과,
    Figure pat00113
    은 AWGN에 의한 노이즈)
  6. 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법에 있어서,
    상기 무선 캡슐 내시경에서 측정된 신호를 압축하는 단계;
    상기 무선 캡슐 내시경에서 체외 센서로 압축 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 전송된 압축 신호에 보정 신호를 적용하여 신호를 복원하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정된 신호를 압축하는 단계는,
    N개의 측정 신호를 M개의 신호로 변환하는 것으로, 이때 N>M 인 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 보정 신호 생성은 하기 수식을 이용하여, 경로 손실 또는 노이즈를 보정하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐 내시경 시스템의 신호 압축 전송 방법.
    수식
    Figure pat00114

    (
    Figure pat00115
    는 보정 신호,
    Figure pat00116
    는 압축 신호,
    Figure pat00117
    는 경로 손실 효과,
    Figure pat00118
    은 AWGN에 의한 노이즈)
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JP2004106456A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Fuji Xerox Co Ltd 画像形成装置、情報処理装置、画像形成装置や情報処理装置に使用される接続デバイス

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