KR20200070062A - System and method for detecting lesion in capsule endoscopic image using artificial neural network - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 콘볼루션 신경망과 순환 신경망을 이용하여 캡슐 내시경을 통해 수집한 체내 이미지들에서 병변을 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a system and method for detecting lesions in an encapsulated endoscopic image using an artificial neural network, and more specifically, to detect lesions in body images collected through a capsule endoscope using a convolutional neural network and a circulatory neural network. It relates to a system and method for sensing.
일반적으로, 신체 내부의 상태 진단이나 병변 감지를 위해 내시경이 사용될 수 있다. 신체 내부의 이미지를 획득하기 위한 내시경 검진 방법으로는, 카메라가 부착된 연성의 관을 환자의 입이나 항문을 통해 소화기관 등으로 투입하여 내부를 촬영하는 방법이 많이 사용된다. 그러나, 이와 같은 내시경 검진 방법으로는 소장과 같이 좁고 길이가 길면서 복잡하게 구부러진 소화 기관의 내부 관찰에 한계가 있었다. 이러한 문제점을 해결하고자 개발된 캡슐형 내시경은, 알약 모양의 직경 약 9~11mm, 길이 약 24mm~26mm의 초소형 내시경으로, 알약과 같이 환자가 삼키기만 하면 내시경의 카메라가 위, 소장 및/또는 대장과 같은 장기 내부의 이미지를 수집하면서, 외부의 수신기로 전송한다. 진단자는 캡슐 내시경이 전송한 체내 이미지를 비디오 화면 및/또는 컴퓨터 모니터를 통해 관찰하면서 장기들의 내부 상태를 직접 살펴볼 수 있다. 또한, 캡슐형 내시경은 외부장치와 무선 통신을 하고 그 크기가 매우 작기 때문에, 환자들이 기존 내시경 검사에서 느끼던 이물감 및 고통이 해소될 수 있다.Generally, an endoscope can be used to diagnose a condition inside the body or to detect a lesion. As an endoscopic examination method for acquiring an image inside the body, a method in which a soft tube with a camera is inserted into a digestive organ through a patient's mouth or anus is photographed. However, such an endoscopic examination method has limitations in the internal observation of the digestive organs, which are narrow and long, such as the small intestine, and complicatedly bent. The capsule type endoscope developed to solve this problem is an ultra-small endoscope with a pill-shaped diameter of about 9 to 11 mm and a length of about 24 mm to 26 mm, and the patient's camera, like a pill, is swallowed, and the endoscope's camera is placed in the stomach, small intestine, and/or large intestine. While collecting images inside the organ, such as, it is transmitted to an external receiver. Diagnosers can directly observe the internal state of organs by observing the body image transmitted by the capsule endoscope through a video screen and/or a computer monitor. In addition, since the capsule-type endoscope communicates wirelessly with an external device and its size is very small, the foreign body sensation and pain felt by the existing endoscopy can be resolved.
일반적으로 캡슐 내시경은 다양한 소화기관들을 모두 통과하는데 약 8~10시간 정도 소요하고, 체내를 통과하는 동안에 평균적으로 6만장의 이미지를 촬영하게 된다. 따라서, 진단자는 캡슐 내시경이 촬영한 방대한 양의 이미지를 모두 관찰하여 진단하기 위해 장시간의 진료 시간이 필요하게 된다. 이러한 진단자의 오랜 진료 시간은 피검자에 대한 진료비를 증가시키는 원인이 되기 때문에, 피검자의 거부감이 없이 간편하고 정밀하게 진단할 수 있다는 장점에도 불구하고 높은 비용으로 인하여 대중화되지 못하는 문제점이 있다. In general, a capsule endoscope takes about 8 to 10 hours to pass through various digestive organs, and on average, 60,000 images are taken while passing through the body. Therefore, the diagnostician needs a long treatment time in order to observe and diagnose the vast amount of images taken by the capsule endoscope. Since the long treatment time of such a diagnoser is a cause of increasing the medical expenses for the examinee, there is a problem that it cannot be popularized due to the high cost despite the advantage of being able to diagnose easily and accurately without the objection of the examinee.
또한, 캡슐형 내시경의 촬상 이미지를 통한 진단자의 관찰 시 병증 또는 병변(장의 협착, 출혈, 암)이 발견될 경우, 진단자는 병증 부위를 정확히 파악하여 병증에 대한 처치(즉각적인 조치나 시술)를 할 필요가 있다. 그러나, 진단자는 병증을 촬상한 시점에 대한 캡슐 내시경의 위치를 정확히 알 수 없게 때문에 처치를 위한 병증 부위를 정확하게 파악하기 위해 기존의 소화기 내시경 또는 별도의 정밀 검사를 실시해야 한다는 번거로움이 있다.In addition, if a disease or lesion (intestinal stenosis, bleeding, cancer) is found when a diagnosis is observed by a diagnostician through an image taken by a capsule endoscope, the diagnostician accurately identifies the site of the disease and performs treatment (immediate action or procedure) There is a need. However, since the diagnostician cannot accurately know the position of the capsule endoscope with respect to the time when the disease is imaged, there is a hassle that it is necessary to perform a conventional digestive endoscope or a separate detailed examination to accurately identify the disease site for treatment.
종래의 캡슐형 내시경을 이용한 병변 감지 방법에 따르면, 캡슐형 내시경을 통해 수집한 신체 내부의 이미지를 진단자가 직접 관찰하면서 병변 감지와 진단이 수행되기 때문에, 많은 시간과 비용이 소요되고, 진단자에게 과도한 업무 부담을 초래할 수 있다. 또한, 숙련된 진단자라고 하더라도 개인적인 지식이나 경험에 의존하는 주관적 판단을 수행하기 때문에 동일한 신체 내부 이미지에서 서로 다른 진단 결과가 도출되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 기존의 캡슐형 내시경을 이용한 병변 감지의 문제점들을 극복하고, 진단자가 효율적으로 이미지 분석을 수행하여 환자에게 정확한 병변 감지 결과를 제공할 필요성이 있다.According to the conventional method for detecting a lesion using a capsule type endoscope, since the diagnosis and diagnosis of the lesion are performed while the diagnosis is directly observed by the diagnosis of the image inside the body collected through the capsule type endoscope, it takes a lot of time and money, and It can cause excessive work load. In addition, even an experienced diagnostician may perform a subjective judgment that relies on personal knowledge or experience, which may cause a problem in which different diagnostic results are derived from the same internal body image. Therefore, there is a need to overcome the problems of lesion detection using an existing capsule type endoscope, and to provide an accurate lesion detection result to a patient by efficiently performing an image analysis by a diagnostician.
본 명세서에 개시되는 실시예들은, 캡슐형 내시경을 통해 환자의 신체 내부 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 콘볼루션 신경망과 순환 신경망을 이용하여 분석하여 병변을 감지하는 시스템 및 방법을 제공한다. 또한, 본 개시의 실시예들은, 콘볼루션 신경망과 순환 신경망을 이용하여 감지한 병변의 이미지를 디스플레이부에 디스플레이함으로써 진단자가 효율적으로 병변 이미지에 기초한 최종 진단을 제공할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments disclosed herein provide a system and method for acquiring an image of a patient's body through a capsule endoscope and analyzing the acquired image using a convolutional neural network and a circulatory neural network to detect lesions. In addition, embodiments of the present disclosure are to provide a system and method for a diagnostician to efficiently provide a final diagnosis based on a lesion image by displaying an image of the lesion detected using a convolutional neural network and a circulatory neural network on a display unit do.
본 개시의 일 실시예에 따른 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 시스템은, 캡슐형 내시경에 의해 촬영된 복수의 이미지 각각의 특징을 추출하며, 추출된 복수의 특징의 시계열적 패턴 특징을 추출하고, 시계열적 패턴 특징의 값을 임계값과 비교하고, 촬영된 복수의 이미지 중에서 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 특징의 값에 대응하는 이미지를 디스플레이하고, 복수의 이미지, 추출된 복수의 특징 및 복수의 특징에서 추출한 시계열적 패턴을 저장한다.A system for detecting lesions in a capsule type endoscope image using an artificial neural network according to an embodiment of the present disclosure extracts features of each of a plurality of images photographed by a capsule type endoscope, and time series of the extracted multiple features Extracting the pattern feature, comparing the value of the time-series pattern feature with a threshold value, and displaying an image corresponding to the value of the time-series pattern feature exceeding the threshold value among the captured multiple images, and extracting the plurality of images A plurality of features and time-series patterns extracted from the plurality of features are stored.
본 개시의 다른 실시예에 따른 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 방법은, 캡슐형 내시경을 이용하여, 인체 장기의 복수의 이미지를 촬영하는 단계, 촬영된 복수의 이미지 각각의 특징을 추출하는 단계, 추출된 복수의 특징의 시계열적 패턴 특징을 추출하는 단계, 시계열적 패턴 특징의 값을 임계값과 비교하는 단계, 촬영된 복수의 이미지 중에서, 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 특징의 값에 대응하는 이미지를 디스플레이하는 단계, 복수의 이미지, 추출된 복수의 특징 및 복수의 특징에서 추출한 시계열적 패턴을 저장하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, a method of detecting a lesion in a capsule-type endoscope image using an artificial neural network includes: taking a plurality of images of a human organ using a capsule-type endoscope; Extracting features, extracting time-series pattern features of the plurality of extracted features, comparing values of time-series pattern features with threshold values, and among a plurality of captured images, time-series patterns exceeding a threshold value And displaying an image corresponding to the value of the feature, storing a plurality of images, a plurality of extracted features, and a time-series pattern extracted from the plurality of features.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 캡슐형 내시경을 통해 수집한 신체 내부의 이미지를 콘볼루션 신경망과 순환 신경망을 이용하여 분석하여 병변을 감지하여, 병변이 감지된 이미지들을 디스플레이하기 때문에, 진단자가 효율적으로 최종 진단을 내릴 수 있는 기초 정보를 제공할 수 있다. According to various embodiments of the present disclosure, since an image inside the body collected through the capsule endoscope is analyzed using a convolutional neural network and a circulatory neural network, the lesion is detected, and images detected by the lesion are displayed. It can provide basic information to make the final diagnosis efficiently.
본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will become apparent to those skilled in the art from the description of the claims.
본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 구조도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경을 통해 수집한 체내 이미지이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경을 통해 수집한 체내 이미지에 대해 전처리 및 특징 추출 프로세스를 실행한 결과 이미지이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 콘볼루션 신경망의 구성을 나타내는 구조도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 순환 신경망의 구성을 나타내는 구조도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 순환 신경망의 결과값이 임계값을 초과하는 경우 병변 구간을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 감지된 병변을 포함하는 이미지와 병변구간을 디스플레이부의 화면을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 질병 선택을 통해 임계값이 자동으로 설정되는 디스플레이부의 화면을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 임계값 조절을 통해 출력되는 이미지 수를 변경하는 디스플레이부의 화면을 나타내는 예시도이다.Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings described below, where similar reference numerals indicate similar elements, but are not limited thereto.
1 is a schematic diagram of a system for detecting lesions in an capsule type endoscope image using an artificial neural network according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a structural diagram of an capsule endoscope according to an embodiment of the present disclosure.
3 is an image of the body collected through the capsule endoscope according to an embodiment of the present disclosure.
4 is an image of a result of executing a pre-processing and feature extraction process on an internal body image collected through a capsule endoscope according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a structural diagram showing the configuration of a convolutional neural network according to an embodiment of the present disclosure.
6 is a structural diagram showing the configuration of a circulating neural network according to an embodiment of the present disclosure.
7 is a graph showing a lesion section when a result value of a circulating neural network according to an embodiment of the present disclosure exceeds a threshold value.
8 is a flowchart illustrating a method of detecting a lesion in an capsule type endoscope image using an artificial neural network according to an embodiment of the present disclosure.
9 is an exemplary view showing a screen of an image display unit and a lesion section including a lesion detected according to an embodiment of the present disclosure.
10 is an exemplary view showing a screen of a display unit in which a threshold is automatically set through disease selection according to an embodiment of the present disclosure.
11 is an exemplary view showing a screen of a display unit that changes the number of images output through threshold adjustment according to an embodiment of the present disclosure.
이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, specific details for the practice of the present disclosure will be described in detail. However, in the following description, when there is a risk of unnecessarily obscuring the subject matter of the present disclosure, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소데는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.In the accompanying drawings, identical or corresponding components are given the same reference numerals. In addition, in the following description of the embodiments, it may be omitted to describe the same or corresponding elements overlapping. However, although descriptions of components are omitted, it is not intended that such components are not included in any embodiment.
본 개시의 일 실시예에 따른 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 시스템은, 캡슐형 내시경을 통해 촬영된 인체 장기의 이미지를 전처리부를 통해 보정처리 및/또는 평면 이미지로 변환하고, 변환된 이미지의 특징 추출을 위해 콘볼루션 신경망을 이용한다. 또한, 이 시스템은, 콘볼루션 신경망을 이용하여 추출한 이미지의 특징의 시계열적 패턴 특징 추출을 위해 순환 신경망을 이용하고, 추출된 시계열적 패턴 특징의 값을 일정 값을 가지고 있는 임계값과 비교해 병변을 검출하여 진단자에게 병변의 이미지를 제공할 수 있다.A system for detecting a lesion in a capsule-type endoscope image using an artificial neural network according to an embodiment of the present disclosure converts an image of a human organ taken through the capsule-type endoscope into a correction process and/or a flat image through a pre-processing unit , Convolutional neural network is used for feature extraction of the transformed image. In addition, the system uses a cyclic neural network to extract time-series pattern features of features of an image extracted using a convolutional neural network, and compares the values of the extracted time-series pattern features with threshold values having certain values to determine lesions. Detection can provide an image of the lesion to the diagnostician.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 시스템(100)의 개략도이다. 도 1에 도시된 시스템(100)은, 캡슐형 내시경(110)을 통해 수집한 인체 내의 이미지를 무선 통신을 이용하여 병변감지 장치(120)로 전송할 수 있다. 본 개시에 있어서, "캡슐형 내시경"은, 환자가 알약처럼 삼키면 식도를 통과하여 위장, 소장, 대장 등과 같은 체내 기관을 통과하면서 체내 이미지를 촬영하여 전송함으로써, 의사와 같은 진단자가 촬영된 체내 이미지를 비디오 화면이나 컴퓨터 모니터를 통해 관찰하여 장기나 체강의 내부의 상태나 병변 여부를 진단할 수 있게 만든 최소형 내시경 장치를 지칭할 수 있다. 카메라가 부착된 연성 관을 포함하는 일반 내시경의 경우, 내시경이 체내에 삽입되어 있는 동안에 느끼는 고통과 불쾌감 등으로 인해 많은 환자들이 내시경 검사를 회피는 경우가 있다. 캡슐내시경은 이러한 일반 내시경의 단점을 보완하고, 특히 소화기관 가운데 가장 긴 소장 등의 질환 진단에 이용될 수 있도록 개발되었다. 일반적인 캡슐형 내시경은, 1초당 약 1.4장 ~ 2.8장의 영상을 촬영해 무선 통신장치를 통해 외부진단장치로 전송할 수 있다. 통상 캡슐형 내시경이 체내에 머무르는 시간이 약 8~10시간인 점을 고려하면, 총 6만 ~ 8만여장의 고감도 영상 정보를 외부진단장치로 전송하여 저장할 수 있다. 캡슐형 내시경이 체외로 배출되어 검사가 끝나면, 진단자가 외부진단장치에 저장된 영상정보를 모니터를 통해 관찰할 수 있다. 1 is a schematic diagram of a
도 1에 도시된 바와 같이, 병변감지 장치(120)는, 통신부(122), 전처리부(132), 콘볼루션 신경망부(134), 순환 신경망부(136), 병변구간 감지부(138), 디스플레이부(140), 저장부(124)를 포함할 수 있다. 통신부(122)는, 캡슐형 내시경(110)을 통해 촬영한 인체 내부 이미지를 무선으로 수신하여 프로세서(130)에 전송할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
일 실시예에 따르면, 캡슐형 내시경(110)은, 내시경 진행방향의 전면을 촬영하기 위한 이미지 센서(또는 카메라)를 구비하거나, 내시경 진행방향의 측면을 촬영하기 위한 이미지 센서(또는 카메라)를 구비할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 캡슐형 내시경(110)이 그 진행방향의 측면을 촬영하도록 구성된 경우, 내시경(110)의 측면 외부를 향해 배열된 광원을 통해 조사되어 인체 내부에서 반사된 광을 이미지 센서가 촬영할 수 있다. 이 경우, 인체 내부에서 반사되어 내시경의 측면으로 입사되는 광은, 내시경 진행 방향의 전면에 설치된 반사장치에 의해 반사되어, 내시경 진행 방향의 전면을 향해 배열된 이미지 센서에 의해 촬상될 수 있다. 이때, 이미지 센서는 대략 원형(또는 환형)의 체내 이미지를 촬영하는데, 이렇게 촬영된 원형의 체내 이미지는 통신부(122)를 통해 프로세서(130)에 전송될 수 있다.According to one embodiment, the capsule-
프로세서(130)는, 전처리부(132), 콘볼루션 신경망부(134), 순환 신경망부(136), 병변구간 감지부(138), 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다. 전처리부(132)는, 캡슐형 내시경(110)에 의해 촬영된 원형의 체내 이미지를 띠 형상 또는 직사각형의 체내 이미지로 변환할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전처리부(132)는, 체내 이미지의 병변 특성을 잘 표현할 수 있는 색상 및/또는 형상 특징을 강조하기 위한 이미지 보정을 실행하거나, 체내 이미지로부터 3차원 형상 정보를 추출하는 전처리를 진행할 수 있다. The
캡슐형 내시경(110)을 통한 체내 이미지 촬영 및 수집 과정에서, 캡슐형 내시경의 이미지 센서를 포함한 전자회로에서 열에너지가 발생하기 때문에, 캡슐형 내시경이 촬상한 이미지에 열잡음이 생겨 이미지의 화질을 저하될 수 있다. 이러한 체내 이미지의 화질 저하를 보상하기 위해 전처리부(132)를 통해 이미지의 보정을 할 수 있다. 또한, 체내 이미지는, 캡슐형 내시경(110)의 진행방향의 전면에 배열된 반사장치와 대향하는 위치에 이미지 센서가 배열되어 있으므로, 인체 내부에서 반사된 광이 반사장치에서 다시 반사되어 이미지 센서에 의해 촬영되면, 촬영된 이미지의 중앙 부분은 반사장치의 중앙부 또는 반사장치에 의해 반사된 이미지 센서의 형태가 포함될 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 체내 이미지의 중앙이 어둡게 표시되거나 비어 있는 형태로 표현될 수 있다. 따라서, 체내 이미지의 중앙부의 내용은 인체 내부를 반영하는 것이 아니기 때문에, 분석대상에서 제거할 필요가 있다. 이를 위해 원형의 체내 이미지에서 중앙부를 제외한 나머지 환형의 이미지 부분을 평면 이미지로 변환하는 과정을 전처리부(132)를 통해 진행할 수 있다.In the process of taking and collecting an internal image through the
콘볼루션 신경망부(134)는, 콘볼루션 신경망을 이용하여 전처리부 (132)에서 보정 및/또는 평면 이미지로 변환한 체내 이미지를 분석하여 병변을 감지할 수 있다. 콘볼루션 신경망은, 이미지 패턴을 분석하는데 많이 사용되는 심층 신경망의 한 종류로, 이미지의 공간 정보를 유지한 상태로 특정 패턴을 학습할 수 있다. 콘볼루션 신경망부(134)는, 체내 이미지의 특징을 찾아내기 위해 콘볼루션(합성곱)과 서브샘플링 과정을 반복하는 신경망을 구성할 수 있다. 콘볼루션 신경망부(134)의 콘볼루션 과정에서, 체내 이미지의 처리를 위해 필터(filter)를 이용하는데, 필터(filter)는 일반적으로 정사각형의 행렬로 정의된다. 콘볼루션 신경망부(134)는 필터를 이용하여 체내 이미지를 지정된 간격으로 순회하며 구간별로 콘볼루션(합성곱)을 계산할 수 있다. 이러한 계산 과정을 통해 체내 이미지의 각 구간별로 피처 맵(feature map)을 생성하고, 각 구간의 피처 맵을 합산하여 최종 피처 맵을 생성할 수 있다. 최종 피처 맵을 생성한 후, 최종 피처 맵의 해당 영역의 최대치를 선택하여 크기를 줄이는 서브샘플링(subsampling)과정을 실행할 수 있다. 콘볼루션 신경망부(134)는, 체내 이미지에 대해, 콘볼루션 과정과 서브샘플링 과정을 반복하여, 체내 이미지의 특징만을 포함하는 1차원 행렬을 출력할 수 있다. 출력된 1차원 행렬은, 완전연결 신경망의 입력층에 입력되고, 완전연결 신경망은 입력값에 대응하는 체내 이미지의 특징을 나타내는 출력 값을 출력할 수 있다.The convolutional
순환 신경망부(136)에서는, 콘볼루션 신경망부(134)에서 출력된 체내 이미지들의 특징 출력 값들의 시계열적 패턴 변화를 분석하여 병변 구간을 감지할 수 있다. 순환 신경망은, 문장이나 음성과 같이 순서가 있는 입력 정보에 있어서 시계열적 패턴 변화를 분석하는데 사용되는 심층 신경망의 한 종류이다. 순환 신경망은, 시계열 데이터와 같이 시간의 흐름에 따라 변화하는 데이터를 학습하는데, 기준 시점(t)의 과거 시점(t-1)와 다음 시점(t+1)을 상호 연결한 신경망으로 구성할 수 있다. 즉, 순환 신경망의 구조는, 입력층과 출력층, 은닉층으로 구성되어 있는데, 은닉층은 직전 시점(t-1)의 은닉층의 출력을 받아 갱신되어 출력층으로 전달되는 값을 생성할 수 있다. 순환 신경망부(136)는, 콘볼루션 신경망부(134)에서 출력되는 시간적으로 변화하는 체내 이미지들의 특징 출력 값들을 입력층에 입력하고, 직전 시점(t-1)의 은닉층의 출력을 받아 갱신된 은닉층을 이용하여 출력 값을 도출함으로써, 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화를 도출할 수 있다.In the circulating
병변구간 감지부(138)는, 순환 신경망부(136)에서 도출한 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화를 나타내는 값을 임계값과 비교하여, 임계값 이상이 되는 시계열적 패턴 변화 구간을 병변구간으로 판단할 수 있다. 즉, 병변구간 감지부(138)는, 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화 값을 병변 판단 기준이 되는 기 설정 된 임계값과 비교하여, 기 설정 된 임계값보다 작은 값을 갖는 구간은 정상 상태를 나타내고, 기 설정 된 임계값보다 큰 값을 갖는 구간은 병변 부위가 있을 가능성이 높은 구간이라고 판단할 수 있다. The lesion
디스플레이부(140)는, 병변구간 감지부(138)에서 병변 구간에 대응된다고 판단한 체내 이미지를, 진단자가 분석 및 진단할 수 있도록 디스플레이에 출력 할 수 있다. The
저장부(124)는, 통신부(122)를 통해 수신된 체내 이미지들을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(124)는, 프로세서(130)의 전처리부(132), 콘볼루션 신경망부(134), 순환 신경망부(136), 병변구간 감지부(138), 디스플레이부(140)와 관련되어 발생한 데이터들을 저장할 수 있다.The
이상 설명한 병변감지 장치(120)의 구성에 따르면, 프로세서(130)는, 캡슐형 내시경(110)에서 수집한 체내 이미지를 통신부(122)를 통해 수신하고, 통신부(122)를 통해 수신한 원형의 이미지는, 전처리부(132)를 통해 이미지 보정과 변환 과정을 거쳐 평면 이미지로 변환될 수 있다. 전처리부(132)가 체내 이미지에 대해 보정과 평면 이미지화 작업을 실행하면, 보정 및 변환된 평면 이미지는 콘볼루션 신경망(134)에 입력된다. 콘볼루션 신경망(134)는, 평면 이미지에 대한 합성곱 및 서브샘플링 과정을 반복하고, 최종적으로 완전연결 신경망에 의한 분석을 통해 체내 이미지의 특징을 산출한다. 또한, 순환 신경망(136)은, 순서가 있는 체내 이미지의 특징 값들을 입력으로 수신하여 분석함으로써, 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화를 출력할 수 있다. 출력된 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화 값은 병변구간 감지부(138)에서 임계값과 비교되며, 임계값 보다 큰 시계열적 패턴 변화 값을 갖는 구간은 병변 구간으로 식별되어, 디스플레이부(140)에 출력될 수 있다.According to the configuration of the
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경의 구조도이다. 도시된 바와 같이, 캡슐형 내시경(110)은, 광원(212), 이미지센서(214), 반사장치(216), 데이터 송신부(218)를 포함할 수 있다. 체내(230)로 들어간 캡슐형 내시경(110)은, 병변 조직 또는 정상 조직의 이미지를 포함하는 다양한 체내 이미지 데이터를 수집할 수 있다. 2 is a structural diagram of an capsule endoscope according to an embodiment of the present disclosure. As shown, the
광원(212)은, 캡슐형 내시경(110)의 진행방향의 측면을 향해 광을 조사하여, 조사된 광을 내시경(110)에 측면에 대향하고 있는 체내(230)의 내부면에서 반사시킬 수 있다. 채내(230)의 내부면에서 반사된 광은, 반사장치(216)를 통해 다시 반사되어 이미지센서(214)로 입사될 수 있다. 이때, 반사장치(216)는, 전부 및/또는 일부가 광을 반사하는 특성을 가진 재료로 구성될 수 있다. 이미지센서(214)는, 반사장치(216)에서 반사된 광을 촬영하고 이미지로 변환하여, 데이터 송신부(218)를 통해 인체 외부의 기록장치 또는 병변감지 장치에 송신할 수 있다. The
일 실시 예에서, 이미지센서(214)가 촬영한 체내 이미지는, 병변(220) 조직의 이미지를 포함할 수 있다. 캡슐형 내시경(110)의 광원(212)에서 조사되어 체내(230)에서 반사된 광은, 반사장치(216)에서 다시 한번 반사되어 캡슐형 내시경(110) 내의 이미지 센서(214)로 입사될 수 있다. 이때, 이미지 센서(214)로 입사되는 광은, 내시경(110)의 측면을 둘러싼 360도 전방위의 체내 내부면으로부터 반사된 광이기 때문에, 원형의 체내 이미지로 표현될 수 있다.In one embodiment, the body image captured by the
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경을 통해 수집한 체내 이미지이다. 캡슐형 내시경(110)의 반사장치(216)에서 바라보았을 때, 이미지센서(214)는 반사장치(216)와 대향하는 내시경 내부의 중앙에 위치하고 있으므로, 체내에서 반사된 광이 반사장치(216)에서 다시 반사되는 과정에서 이미지센서(214)의 형태도 같이 반사될 수 있다. 따라서, 이미지센서(214)에 의해 촬영된 체내 이미지(310, 312, 314, 316)는 그 중앙부분이 비어 있는 형태를 가질 수 있다. 3 is an image of the body collected through the capsule endoscope according to an embodiment of the present disclosure. When viewed from the
일 실시예에서, 캡슐형 내시경(110)이 체내(230)를 이동하면서 그 주변의 이미지를 획득함에 따라, 내시경(110)은 시간에 따라 변화하는 패턴을 갖는 복수의 체내 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 캡슐형 내시경(110)이, t 시간에 병변(320)의 일부가 보이기 시작하는 체내 이미지(310)를 획득한다면, 시간이 경과함에 따라, 각각 t+1 시간 일 때 병변(320)이 좀 더 많이 보이는 체내 이미지(312), t+2 시간 일 때 병변(320)이 완전히 보이는 체내 이미지(314), t+3 시간 일 때 병변(320)의 일부가 사라지는 체내 이미지(316)를 획득할 수 있다.In one embodiment, as the capsule-
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 캡슐형 내시경을 통해 수집한 체내 이미지에 대해 전처리 및 특징 추출 프로세스를 실행한 결과 이미지이다. 도 3에서 획득한 체내 이미지(310, 312, 314, 316)는, 중앙이 비어 있거나 어두운 원형의 이미지이다. 따라서, 병변 진단의 편의를 위해, 체내 이미지의 중앙에 나타난 원형을 제거하고, 원형의 이미지를 평면의 이미지로 변환하는 보정 과정을 전처리부(132)를 통해 진행할 수 있다. 4 is an image of a result of executing a pre-processing and feature extraction process on an internal body image collected through a capsule endoscope according to an embodiment of the present disclosure. The
일 실시예에 따라, 체내 이미지의 보정을 위해, 내시경의 광원이 발광 된 상태에서 촬영된 체내 발광 이미지와, 광원이 무광인 상태에서 촬영된 체내 무광 이미지를 획득할 수 있다. 전처리부(132)는, 통신부(122)를 통해 체내 발광 이미지와 체내 무광 이미지를 수신하고, 체내 발광 이미지의 픽셀값에서 체내 무광 이미지의 픽셀값을 감산함으로써, 체내 발광 이미지에서 중앙의 어두운 부분을 삭제하는 보정을 실행할 수 있다. 또한, 전처리부(132)는, 캡슐형 내시경을 통해 수신한 원형의 체내 이미지(310, 312, 314, 316) 중, 어두운 중앙부를 둘러싼 안쪽 원의 둘레와, 바깥쪽 원의 반지름에서 안쪽 원의 반지름을 뺀 값을 각각 x, y좌표축으로 변환하는 전처리 작업을 수행함으로써, 평면 이미지(410, 412, 414, 416)를 획득할 수 있다.According to an embodiment, for correcting an internal body image, an internal body radiated image photographed while the endoscope light source is emitted and an internal matte image photographed while the light source is matt. The
즉, 도 3에서 획득한 시간이 t 일 때의 체내 이미지(310), 시간이 t+1 일 때의 체내 이미지(312), 시간이 t+2 일 때의 체내 이미지(314), 시간이 t+3 일 때의 체내 이미지(316)는, 전처리부(132)를 통하여, 각각 시간이 t 일 때의 체내 이미지(410), 시간이 t+1 일 때의 체내 이미지(412), 시간이 t+2 일 때의 체내 이미지(414), 시간이 t+3 일 때의 체내 이미지(416)로 변환될 수 있다. 체내 이미지(410, 412, 414, 416)에 있어서 병변(420)은, 시간이 경과함에 따라, 이미지의 하부에서 일부 나타나기 시작해서 그 전체 형상을 보인 후에 다시 이미지의 상부에서 일부 사라지는 시계열적 패턴을 보인다.That is, the
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 콘볼루션 신경망(500)의 구성을 나타내는 구조도이다. 콘볼루션 신경망(500)은 콘볼루션 신경망부(134)에서 사용되어, 전처리부(132)에서 보정 및/또는 평면 이미지로 변환된 체내 이미지 각각에서 병변을 감지하기 위해 패턴 분석을 실행할 수 있다. 콘볼루션 신경망(500)은, 체내 이미지의 2차원적 특징을 찾아내기 위해 콘볼루션(합성곱)과 서브샘플링을 반복하는 과정을 실행할 수 있다. 5 is a structural diagram showing the configuration of a convolutional
도시된 바와 같이, 콘볼루션 신경망(500)은, 체내 이미지(510)에 대해 정사각형의 행렬로 정의된 필터(filter)를 이용하여 체내 이미지를 지정된 간격으로 순회하며 구간별로 콘볼루션(합성곱)을 계산할 수 있다. 콘볼루션(합성곱)을 통해 구간별로 피처 맵(feature map)이 생성되고, 각 구간의 피처 맵(feature map)을 합산하여 최종 피처 맵(512)이 생성될 수 있다. 최종 피처 맵(512)이 생성된 후, 최종 피처 맵(512)의 해당 영역의 최대치를 선택하여 크기를 줄이는 서브샘플링(subsampling, 520)과정을 통해 최종 피처 맵의 크기를 줄일 수 있다. 콘볼루션 신경망(500)은, 체내 이미지에 대해, 피처 맵(512, 514, 516)을 생성하는 콘볼루션(합성곱) 과정과 서브샘플링(520, 522)과정을 반복하여, 체내 이미지의 특징만 남기고 1차원 행렬을 출력할 수 있다. 또한, 완전연결 신경망(518)은 체내 이미지의 특징을 나타내는 1차원 행렬을 입력받아, 체내 이미지의 2차원적 특징을 나타내는 최종 출력값(x)을 생성한다.As shown, the convolutional
일 실시 예에서, 도 4에서 획득한 시간이 t 일 때의 체내 이미지(410), 시간이 t+1 일 때의 체내 이미지(412), 시간이 t+2 일 때의 체내 이미지(414), 시간이 t+3 일 때의 체내 이미지(416) 각각을 콘볼루션 신경망(500)의 입력 값으로 입력할 수 있다. 입력된 각각의 체내 이미지(410, 412, 414, 416)는, 피처 맵(512, 514, 516)을 생성하는 콘볼루션(합성곱) 과정과 서브샘플링(520, 522) 과정을 반복하고, 최종적으로 완전연결 신경망(518)에 의한 특징 추출 과정을 거쳐, 체내 이미지의 2차원적 특징을 포함하는 t, t+1, t+2, t+3 시간 일 때의 출력값들(x)을 생성할 수 있다. In one embodiment, the
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 순환 신경망(600)의 구성을 나타내는 구조도이다. 순환 신경망(600)은, 순환 신경망부(134)에서 사용되어, 콘볼루션 신경망부(134)에서 출력된 체내 이미지의 2차원적 특징들을 나타내는 출력값들에 기초하여 체내 이미지들의 시계열적 패턴 변화를 분석하여 병변 구간을 감지할 수 있다. 순환 신경망(600)은, 시계열 데이터와 같이 시간의 흐름에 따라 변화하는 데이터를 학습하고 인식하기 위한 인공신경망이다. 순환 신경망(600)은, 입력층(610)에 입력된 값(x)을 기초로 은닉층(620)의 활성화 함수를 통해 산출된 결과값을 출력층(630)으로 보내면서, 은닉층(620)은 자신의 상태값(은닉 상태값)을 다시 자신에게 보내서 다음 결과값의 산출에 사용한다. 이와 같이, 순환신경망(600)에 있어서 기준 시점(t)에서의 은닉층(620)의 뉴런은 이전 시점(t-1)에서 동일 뉴런에서 출력된 값을 계속해서 자신의 입력으로 보내는 재귀적 계산과정을 실행함으로써, 입력(x)의 시간 경과에 따른 변화 패턴을 출력(y)으로 표현할 수 있다. 6 is a structural diagram showing the configuration of a circulating
또한, 순환 신경망(600)은, 각 계층마다 서로 다른 매개변수를 가지는 일반적 다중계층신경망과는 달리 각 계층마다 동일한 매개변수들 또는 그 매개변수들의 적어도 일부를 공유할 수 있다. 순환 신경망(600)은, 각 계층마다 적어도 일부의 매개변수를 공유함에 따라 학습 대상 매개변수의 개수가 크게 감소하여 학습 시간이 감소될 수 있다. 이때, 순환 신경망(600)은, 매개변수를 변경함에 따라 결과값 산출을 다르게 표현할 수 있다.Also, the recurrent
일 실시예에서, 순환 신경망(600)은, 콘볼루션 신경망부(134)에서 출력된 체내 이미지의 2차원적 특징을 나타내는 값들()을 입력층(610)에 입력하고, 직전 시점(t-1)의 은닉 상태를 받아 갱신된 은닉층(610)의 출력 값()을 산출함으로써, 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화를 도출할 수 있다.In one embodiment, the circulatory
다른 실시예에서, 사용자는, 순환 신경망(600)의 색상 모델의 매개변수를 다르게 조절하여 결과값을 다르게 산출할 수 있다. 사용자는, 캡슐형 내시경을 통해 수집한 체내 이미지를 Gray 모델, RGB 모델, HSV 모델, YCbCr 모델과 같은 매개변수를 이용하여 결과값을 다르게 산출할 수 있다. Gray 모델은, 색 정보를 사용하지 않고 밝기 정보만으로 이미지를 표현하는 것으로, 검정색값인 0부터 흰색값인 255까지 총 256 단계의 밝기값으로 이미지의 픽셀값을 표현할 수 있다. RGB 모델은, 가장 기본적인 색상모델로서 특정 색을 적색, 녹색, 청색의 3가지 성분의 조합으로 구성할 수 있다. HSV 모델은, 색조, 채도, 명도의 3가지 성분으로 색을 표현하며, 채도값이 0이면 무채색, 255이면 가장 선명한 색을 표현할 수 있다. YCbCr 모델은, 밝기 정보를 사용하지 않고, 순수한 색상 정보만을 이용하여 이미지를 표현할 수 있다. 사용자는, 순환 신경망(600)의 색상 모델의 매개변수를 조절하여 다양한 형상의 체내 이미지를 산출할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 밝기 정보를 사용하지 않고 순수한 색상 정보만을 이용하는 YCbCr 모델을 이용하여 캡슐형 내시경을 통해 수집한 체내 이미지를 표현할 수 있다. YCbCr 모델을 이용한 체내 이미지는, 밝기값을 제거한 순수한 색상 정보만을 이용하기 때문에, 체내의 환경 변화에 관계없이 동일한 물체의 색을 효과적으로 인지하여 보다 선명하고 정확한 체내 이미지를 수집할 수 있다. In another embodiment, the user may differently adjust the parameters of the color model of the cyclic
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 순환 신경망의 결과값이 임계값을 초과하는 경우 병변 구간을 나타내는 그래프이다. 병변구간 감지부(138)는, 순환 신경망부(136)에서 도출한 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화()를 임계값과 비교하여, 임계값을 초과하는 패턴 변화값(yt)을 포함한 구간을 병변 가능성이 높은 병변 구간으로 감지할 수 있다. 즉, 병변구간 감지부(138)는, 시간 t 일 때의 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화(yt)를 기 설정된 임계값과 비교하여, 기 설정 된 임계값보다 작으면 정상 구간, 기 설정 된 임계값보다 크면 병변 구간이라고 판단할 수 있다. 7 is a graph showing a lesion section when a result value of a circulating neural network according to an embodiment of the present disclosure exceeds a threshold value. The lesion
일 실시 예에서, 순환 신경망부(136)에서 도출한 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화값()의 범위를 라 가정하고, 임계값을 0.5로 가정하였을 때, 기 설정된 임계값인 0.5를 넘어가는 시계열적 패턴 변화()는 모두 병변이 포함된 병변 부위라고 판단할 수 있고, 0.5를 넘어가지 않는 시계열적 패턴 변화()는 모두 정상 부위라고 판단할 수 있다.In one embodiment, the time-series pattern change value with time of the body image derived from the circulatory neural network unit 136 ( ) Range D, and when the threshold is assumed to be 0.5, the time-series pattern changes beyond the preset threshold of 0.5 ( ) Can be judged to be all lesions containing lesions, and time-series pattern changes not exceeding 0.5 ( ) Can be judged to be all normal parts.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 방법을 나타내는 순서도이다. 인공신경망을 이용하여 캡슐형 내시경 영상에서 병변을 감지하는 방법(800)은, 인체 장기를 촬영하여 원형의 체내 이미지를 획득하는 단계(S810)로 개시될 수 있다. 캡슐형 내시경(110)은, 광원(212)을 통해 조사된 광이 인체 내부에서 반사되어 이미지센서(214)로 입사될 수 있다. 이미지센서(214)로 입사한 반사광은, 원형의 체내 이미지로 촬영되어 데이터 송신부(218)를 통해 인체 외부의 기록장치 또는 병변감지 장치(120)에 송신될 수 있다. 이때, 캡슐형 내시경(110)의 반사장치에서 바라보았을 때, 이미지 센서가 내시경(110)의 중앙에 위치하고 있으므로, 인체 내부에서 반사된 광이 반사장치에서 다시 반사되는 과정에서 이미지 센서의 형태도 같이 반사되기 때문에, 체내 이미지는 대략 원형 또는 환형으로 촬영될 수 있다.8 is a flowchart illustrating a method of detecting a lesion in an capsule type endoscope image using an artificial neural network according to an embodiment of the present disclosure. The
인체 외부의 병변감지 장치로 송신된 원형의 체내 이미지에 대해서는, 전처리부(132)를 통해 원형 이미지의 보정과 평면 이미지로의 변환을 위한 전처리가 진행(S820)될 수 있다. 캡슐형 내시경(110)을 통해 획득한 체내 이미지는, 중앙이 어둡거나 비어 있는 원형의 체내 이미지로, 병변 추출을 위해 중앙의 어두운 부분을 제거하고, 원형의 이미지를 평면의 이미지로 변환하는 보정과정을 거칠 수 있다. 체내 이미지를 보정하는 방법으로는, 캡슐형 내시경(110)의 광원이 발광인 상태에서 촬영된 체내 이미지의 픽셀 값과 광원이 무광인 상태에서 촬영된 체내 이미지의 픽셀 값을 감산하는 방법이 사용될 수 있다. 또한, 캡슐형 내시경을 통해 수신한 중앙이 어두운 원형의 체내 이미지 중, 안쪽 원 이미지의 둘레와, 바깥쪽 원의 반지름에서 안쪽 원의 반지름을 뺀 값을 각각 x, y 좌표축으로 변환하는 전처리 작업을 수행하여 평면 이미지를 획득할 수 있다.For a circular body image transmitted to a lesion detection device outside the human body, pre-processing for correction of the circular image and conversion to a flat image may be performed through the pre-processing unit 132 (S820). The body image obtained through the
그 후, 콘볼루션 신경망을 이용하여 획득한 체내 이미지의 특징을 추출할 수 있다(S830). 콘볼루션 신경망부(134)는, 콘볼루션 신경망(500)을 이용하여, 전처리부(132)에서 보정 및/또는 평면 이미지로 변환된 체내 이미지에서 병변을 감지하기 위해 패턴 분석을 실행하여 체내 이미지의 2차원적 특징을 나타내는 출력값을 생성할 수 있다.Thereafter, the characteristics of the body image obtained using the convolutional neural network may be extracted (S830 ). The convolutional
순차적으로 또는 이와 동시에, 순환 신경망을 이용하여 콘볼루션 신경망부에서 추출된 이미지의 2차원적 특징값들로부터 시계열적 패턴 특징을 추출할 수 있다(S840). 일 실시예에서, 순환 신경망(600)은, 콘볼루션 신경망부(134)에서 출력된 체내 이미지의 2차원적 특징을 나타내는 값들()을 입력층(610)에 입력하고, 직전 시점(t-1)의 은닉 상태를 받아 갱신된 은닉층(610)의 출력 값()을 산출함으로써, 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화를 도출할 수 있다.Sequentially or simultaneously, a time-series pattern feature may be extracted from two-dimensional feature values of the image extracted from the convolutional neural network using a cyclic neural network (S840). In one embodiment, the circulatory
순환 신경망을 통해 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화를 도출한 후, 시계역적 패턴 변화 값을 임계값과 비교(S850)하고, 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 변화 값에 대응하는 이미지를 디스플레이(S860)할 수 있다. 일 실시예에서, 병변구간 감지부(138)는, 순환 신경망부(136)에서 도출한 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화()를 임계값과 비교하여, 임계값을 초과하는 패턴 변화값(yt)을 포함한 구간을 병변 가능성이 높은 병변 구간으로 감지할 수 있다. 즉, 병변구간 감지부(138)는, 시간 t 일 때의 체내 이미지의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화(yt)를 기 설정된 임계값과 비교하여, 기 설정 된 임계값보다 작으면 정상 구간, 기 설정 된 임계값보다 크면 병변 구간이라고 판단할 수 있다. 또한, 병변 구간에 대응되는 체내 이미지를 디스플레이부(140)에 디스플레이 할 수 있다.After deriving the time-series pattern change over time of the body image through the cyclic neural network, the time-series pattern change value is compared with the threshold value (S850), and an image corresponding to the time-series pattern change value exceeding the threshold value is displayed. (S860) You can. In one embodiment, the lesion
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 감지된 병변을 포함하는 이미지와 병변구간을 디스플레이부의 화면에 나타내는 예시도이다. 병변구간 감지부(138)에서 산출한 체내 이미지들의 시간에 따른 시계열적 패턴 변화()를 임계값과 비교하여 임계값 이상의 값을 병변 구간이라고 판단한 후, 병변 구간에 대응되는 체내 이미지들을 디스플레이 할 수 있다. 9 is an exemplary view showing an image including a detected lesion and a lesion section on a screen of a display unit according to an embodiment of the present disclosure. Time-series pattern change with time of the body images calculated by the lesion section detector 138 ( ) Is compared with a threshold value, and a value above the threshold value is determined to be a lesion section, and then images of the body corresponding to the lesion section may be displayed.
도시된 바와 같이, 디스플레이부(140)에 있어서, 제1디스플레이 영역(910)에, 병변구간 감지부(138)에 의해 감지된 병변구간을 나타내는 그래프를 표시한다. 진단자가 제1디스플레이 영역(910)에 표시된 그래프에서 병변구간을 지정하면, 제3디스플레이 영역(930)에 해당 병변구간에 대응되는 체내 이미지들을 시간 경과 순서대로 디스플레이한다. 이 때, 제1디스플레이 영역(910)에서, 진단자는 추가로 상세한 분석과 진단이 필요하다고 생각되는 체내 이미지를 클릭함으로써, 해당 체내 이미지의 확대된 이미지가 제2디스플레이 영역(920)에 디스플레이될 수 있다. As shown, in the
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 질병 선택을 통해 임계값이 자동으로 설정되는 디스플레이부의 화면을 나타내는 예시도이다. 제1디스플레이 영역(1012)은, 기 설정되어 있는 임계값 이상의 값에 해당하는 체내 이미지들을 디스플레이 할 수 있다. 진단자는, 제2디스플레이 영역(1014)을 통해 대응되는 질병을 선택하면 제3디스플레이 영역(1016)에는 진단자가 선택한 질병에 대한 적정 임계값을 표기할 수 있다. 이때, 진단자가 제3디스플레이 영역(1016)에서 선택된 질병과 관련된 상세 설명 버튼(예를 들어, "자세히 보기")을 클릭하면, 디스플레이부는 해당 임계값 이상의 값에 해당하는 체내 이미지들만을 제1디스플레이 영역(1022)에 디스플레이할 수 있다. 진단자가 제1디스플레이 영역(1022)에 표시된 체내 이미지들 중 하나를 선택하면, 제2디스플레이 영역(1024)과 제3디스플레이 영역(1026)에는 각각 병변구간을 나타내는 그래프와 선택된 체내 이미지의 확대된 이미지가 디스플레이될 수 있다. 10 is an exemplary view showing a screen of a display unit in which a threshold is automatically set through disease selection according to an embodiment of the present disclosure. The
일 실시예에 따르면, 진단자는, 질병의 명칭이 표기되어 있는 제2디스플레이 영역(1014)에서 피진단자에게 해당된다고 생각되는 질병을 선택할 수 있다. 예를 들어, 진단자가 제2디스플레이 영역(1014)에서 대장암을 선택하면, 제3디스플레이 영역(1016)에는 대장암에 해당하는 임계값인 "0.8"이 표기될 수 있다. 제3디스플레이 영역(1016)에 표기되는 임계값은, 실험을 통해 해당 질병에 적합하다고 판정된 임계값이 표기되거나 진단자가 사전에 기 설정한 임계값이 디스플레이 될 수 있다. According to an embodiment, the diagnostician may select a disease that is considered to correspond to the patient in the
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 임계값 조절을 통해 출력되는 이미지 수를 변경하는 디스플레이부의 화면을 나타내는 예시도이다. 제1디스플레이 영역(1110)은, 임계값을 초과하는 병변 구간을 나타내는 그래프를 디스플레이할 수 있다. 이때, 제2디스플레이 영역(1120)은, 진단자가 임계값을 조절할 수 있는 사용자 인터페이스를 디스플레이할 수 있다. 진단자는 제2디스플레이 영역(1120)의 사용자 인터페이스를 통해, 임계값을 조절하여 최종 임계값을 설정할 수 있다. 제3디스플레이 영역(1130)은, 제2디스플레이 영역(1120)에서 설정한 임계값에 따라, 해당 임계값 이상의 값에 해당하는 체내 이미지들을 시간 경과 순서대로 디스플레이 할 수 있다. 11 is an exemplary view illustrating a screen of a display unit that changes the number of images output through threshold adjustment according to an embodiment of the present disclosure. The
일 실시예에 따르면, 진단자는, 제2디스플레이 영역(1120)에서 사용자 인터페이스(즉, 임계값 조절 버튼)를 통해 임계값을 조절할 수 있다. 이때, 진단자가 임계값을 높이면, 해당 임계값을 초과하는 병변 구간이 감소하게 되고, 상대적으로 시계열적 패턴 변화값이 높은 체내 이미지만 제3디스플레이(1160)에 디스플레이 될 수 있다. 제3디스플레이 (1160)는, 패턴 변화값이 높은 체내 이미지 즉, 병변 확률이 높은 이미지를 표시함으로써, 진단자의 병변 분석에 대한 정확도를 높일 수 있다. 하지만, 진단자가 임계값을 필요 이상으로 높이게 되면 분석이 필요한 병변 구간을 놓칠 가능성이 있어 병변 분석에 대한 정확도가 낮아질 수 있다. According to an embodiment, the diagnostician may adjust the threshold value through the user interface (that is, the threshold adjustment button) in the
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다. Although the present disclosure has been described in connection with some embodiments in this specification, it should be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present disclosure, which can be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. something to do. In addition, such modifications and variations should be considered within the scope of the claims appended hereto.
110 : 캡슐형 내시경
120 : 병변감지 장치
122 : 통신부
124 : 저장부
130 : 프로세서
132 : 전처리부
134 : 콘볼루션 신경망부
136 : 순환 신경망부
138 : 병변구간 감지부
140 : 디스플레이부
212 : 광원
214 : 이미지센서
216 : 반사장치
218 : 데이터 송신부
220 : 병변
230 : 체내
310, 312, 314, 316 : 체내 이미지
320 : 병변
410, 412, 414, 416 : 평면 체내 이미지
420 : 병변
500 : 콘볼루션 신경망
510 : 체내 이미지
512, 514, 516 : 피처 맵
518 : 1차원 행렬
520, 522 : 서브 샘플링
600 : 순환 신경망
910, 1012, 1022, 1110, 1140 : 제1디스플레이
920, 1014, 1024, 1120, 1150 : 제2디스플레이
930, 1016, 1026, 1130, 1160 : 제3디스플레이110: capsule endoscope 120: lesion detection device
122: communication unit 124: storage unit
130: processor 132: pre-processing unit
134: convolutional neural network unit 136: circulatory neural network unit
138: lesion section detection unit 140: display unit
212: light source 214: image sensor
216: reflector 218: data transmission unit
220: lesion 230: in the body
310, 312, 314, 316: body image
320:
420: lesion 500: convolutional neural network
510:
518: one-
600: circulatory neural network
910, 1012, 1022, 1110, 1140: 1st display
920, 1014, 1024, 1120, 1150: Second display
930, 1016, 1026, 1130, 1160: 3rd display
Claims (12)
인체 장기의 복수의 이미지를 촬영하고, 인체 내부의 원형 이미지를 획득하는 캡슐형 내시경;
상기 캡슐형 내시경에 의해 촬영된 원형의 이미지를 보정하고, 평면 이미지로 변환하는 전처리부;
상기 전처리 된 복수의 이미지 각각의 특징을 추출하는 콘볼루션 신경망부;
상기 추출된 복수의 특징의 시계열적 패턴 특징을 추출하는 순환 신경망부;
상기 시계열적 패턴 특징의 값을 임계값과 비교하는 병변구간 감지부;
상기 촬영된 복수의 이미지 중에서, 상기 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 특징의 값에 대응하는 이미지를 디스플레이하는 디스플레이부; 및
상기 복수의 이미지, 상기 추출된 복수의 특징 및 상기 복수의 특징에서 추출한 시계열적 패턴을 저장하는 저장부를 포함하는, 시스템.
In the system for detecting a lesion in the capsule-type endoscope image using an artificial neural network,
Capsule-type endoscope for taking a plurality of images of human organs, and obtaining a circular image inside the human body;
A pre-processing unit that corrects a circular image photographed by the capsule endoscope and converts it into a flat image;
A convolutional neural network unit extracting features of each of the preprocessed images;
A circulating neural network unit extracting time-series pattern features of the plurality of extracted features;
A lesion section detecting unit comparing the value of the time-series pattern feature with a threshold value;
A display unit that displays an image corresponding to a value of a time-series pattern feature that exceeds the threshold value among the plurality of photographed images; And
And a storage unit for storing the plurality of images, the extracted plurality of features, and a time-series pattern extracted from the plurality of features.
상기 캡슐형 내시경은,
상기 캡슐형 내시경의 측면을 향해 광을 조사하는 광원;
상기 캡슐형 내시경의 측면으로부터 입사하는 광을 반사하는 반사장치;
상기 반사장치에 의해 반사되는 광을 촬영하는 이미지 센서; 및
상기 이미지 센서에 의해 생성된 복수의 이미지를 전송하는 데이터 송신부를 포함하는, 시스템.
According to claim 1,
The capsule endoscope,
A light source irradiating light toward a side surface of the capsule endoscope;
A reflector reflecting light incident from the side surface of the capsule endoscope;
An image sensor photographing light reflected by the reflector; And
And a data transmission unit transmitting a plurality of images generated by the image sensor.
상기 콘볼루션 신경망부는,
상기 캡슐형 내시경을 통해 취득한 상기 인체 장기의 상기 복수의 이미지로부터, 콘볼루션 신경망의 필터(filter)를 이용하여, 상기 복수의 이미지 각각의 특징을 추출하는, 시스템.
According to claim 1,
The convolutional neural network unit,
A system for extracting features of each of the plurality of images using a filter of a convolutional neural network from the plurality of images of the human organ obtained through the capsule endoscope.
상기 순환 신경망부는,
상기 콘볼루션 신경망부에서 추출한 상기 복수의 특징으로부터, 상기 순환 신경망을 이용하여, 상기 인체 장기의 상기 복수의 이미지의 시간의 흐름에 따라 변화하는 시계열적 패턴 특징을 추출하는, 시스템.
According to claim 1,
The circulatory neural network unit,
A system for extracting time-series pattern features that change over time of the plurality of images of the human organs using the cyclic neural network from the plurality of features extracted from the convolutional neural network.
상기 병변구간 감지부는, 상기 순환 신경망부에서 추출한 상기 시계열적 패턴 특징을 임계값과 비교하며,
상기 임계값은, 병변이 발견된 병변 부위 구간에서의 임계값이, 정상 부위 구간에서의 임계값보다 일정 크기 더 높은 값을 가지는, 시스템.
According to claim 1,
The lesion section detecting unit compares the time-series pattern feature extracted from the circulating neural network unit with a threshold value,
The threshold value, the threshold value in the lesion site section where the lesion is found, has a value that is a certain size higher than the threshold in the normal site section.
상기 디스플레이부는,
복수의 시간에 대응되는 복수의 체내 이미지를 디스플레이하고, 사용자가 상기 복수의 체내 이미지 중 적어도 하나를 선택하면 별도의 디스플레이 구간에 선택한 상기 체내 이미지를 디스플레이하는, 시스템.
According to claim 1,
The display unit,
A system for displaying a plurality of body images corresponding to a plurality of times, and displaying the selected body image in a separate display section when a user selects at least one of the plurality of body images.
상기 디스플레이부는, 상기 디스플레이된 복수의 체내 이미지에 해당하는 질병의 선택이 가능하고, 상기 질병에 적합한 기 설정된 임계값을 제공하도록 구성된 사용자 인터페이스를 포함하며,
상기 디스플레이부는, 상기 임계값의 조절을 통해 상기 디스플레이된 복수의 체내 이미지 중에서 상기 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 특징의 값에 대응하는 이미지 수를 조절하도록 구성된, 시스템.
The method of claim 6,
The display unit includes a user interface configured to select a disease corresponding to the displayed plurality of body images, and to provide a preset threshold suitable for the disease,
And the display unit is configured to adjust the number of images corresponding to values of time-series pattern features exceeding the threshold value among the displayed plurality of body images through adjustment of the threshold value.
캡슐형 내시경을 이용하여, 인체 장기의 복수의 이미지를 촬영하고, 인체 내부의 원형 이미지를 획득하는 단계;
전처리부에 의해, 촬영된 원형의 이미지를 보정하고, 평면 이미지로 변환 하는 단계;
콘볼루션 신경망부에 의해, 상기 촬영된 복수의 이미지 각각의 특징을 추출하는 단계;
순환 신경망부에 의해, 상기 추출된 복수의 특징의 시계열적 패턴 특징을 추출하는 단계;
병변구간 감지부에 의해, 상기 시계열적 패턴 특징의 값을 임계값과 비교하는 단계;
디스플레이부에 의해, 상기 촬영된 복수의 이미지 중에서, 상기 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 특징의 값에 대응하는 이미지를 디스플레이하는 단계;
저장부에 의해, 상기 복수의 이미지, 상기 추출된 복수의 특징 및 상기 복수의 특징에서 추출한 시계열적 패턴을 저장하는 단계를 더 포함하는, 방법.
In the method of detecting a lesion in the capsule endoscope image using an artificial neural network,
Taking a plurality of images of human organs, using a capsule endoscope, and obtaining a circular image inside the human body;
Correcting, by the pre-processing unit, the photographed circular image and converting it into a flat image;
Extracting features of each of the photographed plurality of images by a convolutional neural network unit;
Extracting time-series pattern features of the plurality of features extracted by the circulatory neural network;
Comparing the value of the time-series pattern feature with a threshold value by the lesion section detection unit;
Displaying, by the display unit, an image corresponding to a value of a time-series pattern feature exceeding the threshold value among the plurality of photographed images;
And storing, by the storage unit, the plurality of images, the extracted plurality of features, and the time-series pattern extracted from the plurality of features.
상기 콘볼루션 신경망부에 의해 복수의 특징을 추출하는 단계는,
상기 캡슐형 내시경을 통해 취득한 상기 인체 장기의 상기 복수의 이미지로부터, 콘볼루션 신경망의 필터(filter)를 이용하여, 상기 복수의 이미지 각각의 특징을 추출하는 단계를 포함하는, 방법.
The method of claim 8,
Extracting a plurality of features by the convolutional neural network,
And extracting features of each of the plurality of images from the plurality of images of the human organ obtained through the capsule endoscope, using a filter of a convolutional neural network.
상기 순환 신경망부에 의해 시계열적 패턴 특징을 추출하는 단계는,
상기 콘볼루션 신경망부에서 추출한 상기 복수의 이미지의 특징으로부터, 상기 순환 신경망을 이용하여, 상기 인체 장기의 상기 복수의 이미지의 시간의 흐름에 따라 변화하는 시계열적 패턴 특징을 추출하는 단계를 포함하는, 방법.
The method of claim 8,
The step of extracting the time-series pattern feature by the circulating neural network unit,
And extracting, from the features of the plurality of images extracted from the convolutional neural network unit, a time-series pattern feature that changes with the passage of time of the plurality of images of the human organ, using the circulating neural network, Way.
상기 병변구간 감지부에 의해, 상기 시계열적 패턴 특징의 값을 상기 임계값과 비교하는 단계는, 상기 순환 신경망부에서 추출한 시계열적 패턴 특징을 상기 임계값과 비교하는 단계를 포함하며,
상기 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 특징의 값에 대응하는 이미지를 디스플레이하는 단계는, 상기 임계값의 조절을 통해 임계값을 초과하는 시계열적 패턴 특징의 값에 대응하는 이미지 수를 조절하도록 구성된, 방법.
The method of claim 11,
The step of comparing the value of the time-series pattern feature with the threshold value by the lesion section detecting unit includes comparing the time-series pattern feature extracted from the cyclic neural network portion with the threshold value,
The step of displaying an image corresponding to the value of the time-series pattern feature exceeding the threshold value is configured to adjust the number of images corresponding to the value of the time-series pattern feature exceeding the threshold value by adjusting the threshold value. Way.
A non-transitory computer readable storage medium storing computer program code for causing a computing device to execute any one of the methods of claims 8-11.
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