TWI829415B - 人工智慧膠囊定位系統 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種人工智慧膠囊定位系統。人工智慧膠囊定位器蒐集與膠囊相關聯的多個量測數據，包含膠囊的方向向量和空間座標、膠囊上的訊號發射器發射的訊號的頻率和強度以及接收到的訊號的強度。人工智慧膠囊定位器使用人工智慧機器學習演算法學習大數據資料庫的多個量測數據，以分析膠囊的位置隨多個量測數據變化的規則，以建立訓練模型。在新膠囊在人體內流動過程中，人工智慧膠囊定位器使用訓練模型以定位新膠囊。
Description
本發明涉及一種定位系統，特別是涉及一種人工智慧膠囊定位系統。
醫療膠囊，例如膠囊內視鏡，近年來常用於診斷人體健康狀況，例如消化道的健康狀況診斷。然而，現有醫療膠囊沒有準確的定位功能。載患者吞服醫療膠囊後，醫療膠囊每隔預設時間間隔拍攝照片。由於醫療膠囊沒有準確的定位功能，醫生只能靠臨床經驗，依據照片對人體健康狀態進行大致評估和診斷。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種人工智慧膠囊定位系統，包含訊號發射器、多個訊號接收器以及人工智慧膠囊定位器。訊號發射器設於膠囊。訊號發射器配置以在膠囊吞入測試體內流動的過程中，發射多個膠囊訊號。多個訊號接收器無線連接多個訊號接收器。多個訊號接收器配置以分別無線接收多個膠囊訊號。人工智慧膠囊定位器無線連接多個訊號接收器。人工智慧膠囊定位器包含大數據蒐集單元、訓練模型建立單元以及膠囊追蹤定位單元。大數據蒐集單元配置以建立大數據資料庫，以蒐集與膠囊相關聯的多個量測數據，包含訊號發射器發射各膠囊訊號時膠囊的方向向量和空間座標、訊號發射器發射的各膠囊訊號的頻率和強度、各訊號接收器接收到的膠囊訊號的強度。訓練模型建立單元連接大數據蒐集單元。訓練模型建立單元配置以使用人工智慧機器學習演算法，學習大數據資料庫的多個量測數據，以分析膠囊的位置隨多個量測數據變化的規則，以建立訓練模型。膠囊追蹤定位單元連接訓練模型建立單元。膠囊追蹤定位單元配置以在新膠囊在人體內流動過程中，使用訓練模型以即時定位新膠囊在人體內的位置。
在實施例中，人工智慧膠囊定位器更包含膠囊流速計算單元。膠囊流速計算單元連接膠囊追蹤定位單元。膠囊位置預估單元配置以依據新膠囊放入人體的時間以及膠囊追蹤定位單元所定位出的新膠囊在人體內的位置，以計算新膠囊在人體內的流速。
在實施例中，人工智慧膠囊定位器更包含誤差增益計算單元。誤差增益計算單元連接誤差增益計算單元。誤差增益計算單元配置判斷膠囊的預估位置與膠囊追蹤定位單元使用訓練模型定位出的膠囊的位置之間的比例關係，以計算出一增益。
在實施例中，誤差增益計算單元將膠囊追蹤定位單元使用訓練模型定位出的膠囊前一刻的位置、膠囊此刻的預估位置、膠囊前一刻的預估位置代入下列公式，以計算增益：
S = K×Z+(1-K)×X，
其中，S代表膠囊此刻的預估位置，K代表增益，Z代表膠囊追蹤定位單元使用訓練模型定位出的膠囊的位置，X代表膠囊前一刻的預估位置。
在實施例中，訓練模型建立單元連接誤差增益計算單元。訓練模型建立單元配置以依據誤差增益計算單元所計算出的增益，以決定是否重新訓練出新的訓練模型。
在實施例中，多個訊號接收器使用藍牙無線傳輸來分別接收多個膠囊訊號。
在實施例中，大數據資料庫的多個量測數據更包含訊號發射器發射各膠囊訊號時所採用的廣播頻道。
在實施例中，廣播頻道包含藍牙廣播頻道。
在實施例中，一或多個天線作為訊號接收器。
如上所述，本發明提供一種人工智慧膠囊定位系統，其利用人工智慧機器學習演算法，學習影響膠囊天線的訊號接收器所接收的訊號的強度的相關數據，以分析訊號的強度、膠囊的位置隨這些數據變化的規則以建立訓練模型，並使用訓練模型以精確地定位新膠囊的位置。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1至圖3以及圖7至圖9，其中圖1為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統的方塊圖，圖2為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統的人工智慧膠囊定位器進行大數據學習以建立訓練模型的方塊圖，圖3為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統使用訓練模型以定位新膠囊位置的方塊圖，圖7至圖9為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統使用人工智慧機器學習演算法所學習的數據的示意圖。
本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統可包含如圖1所示的訊號發射器TX、多個訊號接收器RX以及人工智慧膠囊定位器PS，用於定位(新)膠囊的位置。訊號發射器TX可無線連接多個訊號接收器RX。多個訊號接收器RX可(無線)連接人工智慧膠囊定位器PS。
如圖1所示的訊號發射器TX設於膠囊上。多個訊號接收器RX可設於承載體上，例如但不限於以陣列形式平均分布設置在人體所配戴的腰帶上。訊號接收器RX的數量可取決於實際需求，本發明不以此為限。
在測試模式下，膠囊放入測試體(例如但不限於動物體)內。如圖1所示，在膠囊放入測試體內流動的過程中，訊號發射器TX可持續或每隔一段時間發射多個膠囊訊號，多個訊號接收器RX分別用於無線接收多個膠囊訊號。
每個訊號接收器RX與訊號發射器TX之間相隔一段距離。在訊號發射器TX發射多個膠囊訊號後，會受到各種因素影響，例如使用藍牙無線傳輸過程中會受到干擾而出現丟包、斷連，導致訊號接收器RX所接收到的訊號為衰減後或失真後的膠囊訊號，不同於訊號發射器TX所發射的膠囊訊號。
通常，依據訊號接收器RX所接收到的膠囊訊號的強度，來計算設有訊號發射器TX的膠囊與訊號發射器TX(例如天線)之間的距離，以定位膠囊。然而，訊號接收器RX所接收到的膠囊訊號的強度，除了受訊號接收器RX與訊號發射器TX之間的距離遠近影響外，也會因訊號發射器TX發射膠囊訊號時的角度和位置、訊號發射器TX發射的膠囊訊號的頻率和強度等各種不同因素而有所不同。是以，若僅依據訊號接收器RX所接收到的膠囊訊號的強度，無法精準地定位膠囊的位置。
因此，在測試模式下，在影響訊號接收器RX所接收到的膠囊訊號的強度、影響定位的膠囊的位置的各種不同因素作為條件下，對膠囊進行多次測試。例如，在不同次測試中，膠囊的訊號發射器TX分別以不同角度發射膠囊訊號下，分別量測出訊號接收器RX所接收到的膠囊訊號的不同強度、定位出的不同膠囊位置。
本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統的人工智慧膠囊定位器PS使用人工智慧機器學習演算法(例如但不限於倒傳遞演算法)，來學習影響訊號發射器TX所接收到的膠囊訊號的大量不同的相關數據，並分析膠囊位置隨不同數據變化的規則，以建立訓練模型，詳細說明如下。
人工智慧膠囊定位器PS可包含如圖2和圖3所示的大數據蒐集單元100、訓練模型建立單元200以及膠囊追蹤定位單元300。訓練模型建立單元200連接大數據蒐集單元100以及膠囊追蹤定位單元300。
在測試模式下，如圖2所示，大數據蒐集單元100可建立大數據資料庫，以(從一或多個感測器)蒐集與膠囊相關聯的多個量測數據至大數據資料庫。大數據蒐集單元100可蒐集多次不同的量測數據，可包含如圖2、圖7至圖9所示的訊號發射器TX(例如天線)每次發射各膠囊訊號時膠囊的方向向量和空間座標(即膠囊位置)、訊號發射器TX(例如天線)每次發射各膠囊訊號時所採用的(藍牙)廣播頻道、訊號發射器TX每次發射的各膠囊訊號的頻率和強度、多個訊號接收器RX每次分別接收多個膠囊訊號的強度等參數。
在測試模式下，如圖2所示，訓練模型建立單元200可使用人工智慧機器學習演算法，學習從大數據蒐集單元100(或感測器)取得的大數據資料庫的多個量測數據，以分析多個訊號接收器RX所接收到的多個膠囊訊號的強度隨不同量測數據變化的規則、膠囊的位置隨多個量測數據變化的(固定)規則，以建立一訓練模型。
為方便說明，在本文中，僅描述膠囊。然而，在測試模式下，可將多個膠囊放入測試體分別進行多次測試。應理解，訓練模型建立單元200依據越多量測數據所訓練出的訓練模型用於定位膠囊位置的精準度越高。
在建立訓練模型之後，本發明的人工智慧膠囊定位系統可進入實際應用模式，以實際定位其他膠囊在人體內的位置。為方便說明，在本文中，使用訓練模型進行定位的膠囊以新膠囊進行描述。
在實際應用模式下，新膠囊可吞入人體內。在新膠囊吞入人體流動的過程中，新膠囊的訊號發射器TX發射多個膠囊訊號，多個訊號接收器RX分別無線接收到多個膠囊訊號。
如圖3所示，在新膠囊在人體內流動過程中，膠囊追蹤定位單元300可使用訓練模型建立單元200所建立的訓練模型，以即時定位新膠囊在人體內的位置。
請參閱圖1至圖4，其中圖4為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統計算膠囊流速的方塊圖。
本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統可更包含膠囊流速計算單元400。膠囊流速計算單元400可連接膠囊追蹤定位單元300。
(新)膠囊在人體不同身體部位例如胃和腸道時的流速會有所不同。因此，如圖4所示，膠囊流速計算單元400可依據(從大數據蒐集單元100或計時器等元件)接收到的新膠囊放入人體的時間點、新膠囊在人體內的時間長度以及追蹤定位單元300所定位出的新膠囊在人體內的位置，以計算新膠囊在人體內的流速。
應理解，在不同健康狀態的人體內，膠囊的流速可能不同，故膠囊在人體內的流速，可作為判斷人體各身體部位的健康的依據。
請參閱圖1至圖6，其中圖5為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統計算使用訓練模型定位出的膠囊的位置與預估位置與之間的關係的方塊圖，圖6為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統更新訓練模型的方塊圖。
本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統可更包含誤差增益計算單元500。誤差增益計算單元500可連接膠囊追蹤定位單元300以及訓練模型建立單元200。
如圖5所示，誤差增益計算單元500可計算膠囊追蹤定位單元300使用訓練模型所定位出的膠囊的位置與膠囊此刻的預估位置(膠囊此刻的預估位置可取決於膠囊前一刻的位置)之間的比例關係，以判斷一增益。
舉例而言，誤差增益計算單元500將使用訓練模型所定位出的膠囊的位置、膠囊此刻的預估位置、膠囊前一刻的預估位置代入下列公式，以計算增益，即為卡爾曼(Kalman)增益：
S = K×Z+(1-K)×X，
其中，S代表膠囊此刻的預估位置，K代表增益，Z代表此刻使用訓練模型所定位出的膠囊的位置，X代新表膠囊前一刻的預估位置。
訓練模型建立單元200可依據從誤差增益計算單元500取得的增益，以判斷使用訓練模型定位出的膠囊位置是否精準(即是否相同或相近於預估位置)，據以決定是否更新訓練模型。當訓練模型建立單元200依據增益(例如增益不等於一預設增益、未落入一預設增益範圍內)以判定使用訓練模型定位出的膠囊位置不夠精準時，訓練模型建立單元200可(學習從大數據蒐集單元100取得的更多量測數據以)校正訓練模型或重新訓練出新的訓練模型。
膠囊追蹤定位單元300可使用訓練模型建立單元200校正後或更新後的訓練模型，以更精準地定位出新膠囊的位置。
綜上所述，本發明提供一種人工智慧膠囊定位系統，其利用人工智慧機器學習演算法，學習影響膠囊天線的訊號接收器所接收的訊號的強度的相關數據，以分析訊號的強度、膠囊的位置隨這些數據變化的規則以建立訓練模型，並使用訓練模型以精確地定位新膠囊的位置。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
TX:訊號發射器
RX:訊號接收器
PS:人工智慧膠囊定位器
100:大數據蒐集單元
200:訓練模型建立單元
300:膠囊追蹤定位單元
400:膠囊流速計算單元
500:誤差增益計算單元
圖1為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統的方塊圖。
圖2為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統的人工智慧膠囊定位器建立訓練模型的方塊圖。
圖3為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統使用訓練模型以定位新膠囊位置的方塊圖。
圖4為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統計算膠囊流速的方塊圖。
圖5為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統計算使用訓練模型定位出的膠囊的位置與預估位置與之間的關係的方塊圖。
圖6為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統更新訓練模型的方塊圖。
圖7為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統使用人工智慧機器學習演算法所學習的數據的示意圖。
圖8為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統使用人工智慧機器學習演算法所學習的數據的示意圖。
圖9為本發明實施例的人工智慧膠囊定位系統使用人工智慧機器學習演算法所學習的數據的示意圖。
TX:訊號發射器
RX:訊號接收器
PS:人工智慧膠囊定位器
Claims (7)
- 一種人工智慧膠囊定位系統，包含：一訊號發射器，設於一膠囊，配置以在該膠囊吞入測試體內流動的過程中，發射多個膠囊訊號；多個訊號接收器，無線連接該多個訊號接收器，配置以分別無線接收該多個膠囊訊號；一人工智慧膠囊定位器，無線連接該多個訊號接收器，包含：一大數據蒐集單元，配置以建立一大數據資料庫，以蒐集與該膠囊相關聯的多個量測數據，該大數據資料庫所蒐集的該多個量測數據包含該訊號發射器發射各該膠囊訊號時該膠囊的方向向量和空間座標，該大數據資料庫所蒐集的該多個量測數據更包含該訊號發射器發射的各該膠囊訊號的頻率和強度，且該大數據資料庫所蒐集的該多個量測數據更包含各該訊號接收器接收到的該膠囊訊號的強度；一訓練模型建立單元，連接該大數據蒐集單元，配置以使用人工智慧機器學習演算法，學習該大數據資料庫的該多個量測數據，以分析該膠囊的位置隨該多個量測數據變化的規則，以建立一訓練模型；以及一膠囊追蹤定位單元，連接該訓練模型建立單元，配置以在一新膠囊在人體內流動過程中，使用該訓練模型以即時定位該新膠囊在人體內的位置；一誤差增益計算單元，連接該膠囊追蹤定位單元，配置以將該膠囊追蹤定位單元使用該訓練模型定位出的該膠囊前一刻的位置、該膠囊此刻的預估位置、該膠囊前一刻的預估位置代入下列公式，以計算一增益：S=K×Z+(1-K)×X，其中，S代表該膠囊此刻的預估位置，K代表該增益，Z代 表該膠囊追蹤定位單元使用該訓練模型定位出的該膠囊前一刻的位置，X代表該膠囊前一刻的預估位置。
- 如請求項1所述的人工智慧膠囊定位系統，其中該人工智慧膠囊定位器更包含：一膠囊流速計算單元，連接該膠囊追蹤定位單元，配置以依據該新膠囊放入人體的時間以及該膠囊追蹤定位單元所定位出的該新膠囊在人體內的位置，以計算該新膠囊在人體內的流速。
- 如請求項1所述的人工智慧膠囊定位系統，其中該訓練模型建立單元連接該誤差增益計算單元，配置以依據該誤差增益計算單元所計算出的該增益，以決定是否重新訓練該訓練模型。
- 如請求項1所述的人工智慧膠囊定位系統，其中該多個訊號接收器使用藍牙無線傳輸來分別接收該多個膠囊訊號。
- 如請求項1所述的人工智慧膠囊定位系統，其中該大數據資料庫的該多個量測數據更包含該訊號發射器發射各該膠囊訊號時所採用的一廣播頻道。
- 如請求項5所述的人工智慧膠囊定位系統，其中該廣播頻道包含藍牙廣播頻道。
- 如請求項1所述的人工智慧膠囊定位系統，其中一或多個天線作為該訊號接收器。
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| CN103732115A (zh) * | 2011-07-29 | 2014-04-16 | 奥林巴斯医疗株式会社 | 位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及胶囊型内窥镜的位置检测程序 |
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- 2022-11-08 TW TW111142490A patent/TWI829415B/zh active
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