專利名稱：膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療器械技術領域的系統(tǒng)，具體是一種膠囊內鏡自動調焦 系統(tǒng)。
背景技術：
胃腸道疾病是人體常見內科疾病，該類疾病發(fā)病部位處于人體內部，長期 以來缺乏有效的診斷、治療方法和手段。傳統(tǒng)醫(yī)用內窺鏡問世以來，就對人體 消化系統(tǒng)疾病的診斷提供了非常有效的途徑，在臨床上得到了廣泛的應用。但 是，傳統(tǒng)的推進式內窺鏡存在許多的缺點，特別是采用傳統(tǒng)內窺鏡檢查會給患 者帶來極大痛苦，而且還可能引起創(chuàng)傷，許多患者因為恐懼而放棄檢查，從而 耽誤了對疾病及時診治。
小腸病變是傳統(tǒng)內鏡檢査的"終極障礙"。盡管推進式小腸鏡的應用，可窺 視空腸有無病變，但操作非常困難，更遠部位的小腸病變無法診斷，而且病人 極端不舒服，引起諸多并發(fā)癥咽部擦傷、食管賁門粘膜撕裂傷、下頜關節(jié)脫 臼、頜下腺腫脹、麻醉藥過敏、顏面部皮下出血、急性胃擴張、胃腸道穿孔和 出血、吸入性肺炎甚至猝死等。因此，這項技術很難被接受。探條式小腸鏡可 以檢査空腸和回腸上部，但操作時間長、觀察存在盲區(qū)、且不能活檢。腸帶誘 導式小腸鏡可以觀察全部小腸，可活檢，但術前準備復雜、耗時長、病人痛苦
大。小腸低張雙重造影插管時患者痛苦、檢查時間較長、要接觸較多的x射線。
從而，長達5-7米小腸檢査目前仍是盲區(qū)。因此，"膠囊內鏡"已成為目前診斷 小腸疾病的最有效設備，得到了國際醫(yī)療器械領域的重視。
2001年以色列GavrielD. Meron開展了"膠囊內鏡"研究，研制成PillCam 型產品，目前最新研究成果包括用于小腸疾病的PillCam SB、用于檢測食管咽 喉疾病的PillCamESO。我國金山公司也研制的0M0M型"膠囊內鏡"。該類"膠 囊內鏡"外形尺寸為①llX26mra，由氧化銀電池作為能源，包括CMOS圖像芯片 和微處理器，白色發(fā)光二極管，短焦距透鏡，微型信息發(fā)射器和天線。系統(tǒng)可
4以每秒鐘2幅的速率向體外發(fā)射圖像，附著在體表的天線陣列接收上述圖像信 息并存儲在位于體外的"便攜式接收裝置"中以待后續(xù)處理。以在無痛苦的人 體胃腸道生理狀態(tài)的情況下，獲得胃腸道內壁的圖像。
膠囊內鏡的工作環(huán)境是處于整個消化道，其空間窄小，結構多變， 一旦進 入胃腸道，難以對它的位置和姿態(tài)進行控制，導致目前，絕大多數的膠囊內窺 鏡系統(tǒng)都沒有實現主動控制其自身的姿態(tài)和運動，也不能針對物距進行調焦， 導致"膠囊內鏡"拍攝的圖像不清晰，嚴重影響診斷的準確性，在胃腸疾病診 斷方面的應用價值受到限制。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術中的不足，提供一種膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，使其解 決膠囊內鏡的自動調焦問題，能在胃腸道結構變化導致成像物距變化時，同樣 能獲得胃腸道內壁清晰的圖像。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的，本發(fā)明包括膠囊內鏡、體外圖像數據 接收裝置、體外調焦控制器、體外數據處理系統(tǒng)。其中
所述膠囊內鏡無創(chuàng)獲得胃腸道內壁的圖像，并通過無線方式發(fā)送至體外， 膠囊內鏡能夠根據體外調焦控制器命令，增加或減小消化道壁相對于鏡頭的物 距和鏡頭相對于圖像傳感器之間的像距，拍攝不同清晰程度的消化道圖像。
所述體外圖像數據接收裝置置于體外，以無線接收膠囊內鏡發(fā)送的圖像數 據，圖像數據可通過接口和通信線傳輸至體外數據處理系統(tǒng)。
所述體外調焦控制裝置設于體外，體外調焦控制器通過無線通信可控制膠 囊內鏡鏡頭的位置，以獲得清晰的胃腸道內壁圖像。
所述的體外數據處理系統(tǒng)設置在體外，并與體外圖像數據接收裝置相連， 實現對膠囊內鏡采集的胃腸道內壁圖像的顯示和處理。
所述膠囊內鏡包括膠囊外殼、微型電池、永磁體磁遙控電源開關、透明球 殼、微型照明系統(tǒng)、鏡頭、鏡頭前后位移控制裝置、鏡頭前后位移控制器、圖 像傳感器、圖像傳感器控制器、膠囊微處理器、信號無線收發(fā)功能模塊、天線。 上述部件全部密封在膠囊外殼之內。其中圖像傳感器在微型照明系統(tǒng)的照明 下，通過鏡頭檢測胃腸道內壁圖像，圖像傳感器的輸出端連接到圖像傳感器控 制器的輸入端，在膠囊微處理器的控制下，對圖像信息進行處理，處理后的圖像信息被輸出到信號無線發(fā)射功能模塊的輸入端，信號無線發(fā)射功能模塊輸出 端連接到天線，發(fā)射天線將上述信號向體外發(fā)射。所述的鏡頭精密安裝在鏡頭 前后位移控制裝置內，鏡頭前后位移控制裝置連接鏡頭前后位移控制裝置驅動 器并由其驅動，當體外調焦控制器有信號發(fā)出時，天線和信號無線收發(fā)功能模 塊收到該控制信號，膠囊控制器和鏡頭前后位移控制裝置驅動器實現對鏡頭的 位置控制增加或減小消化道壁相對于鏡頭的物距和鏡頭相對于圖像傳感器之 間的像距，以拍攝不同清晰程度的消化道圖像。微型電池分別對微型照明系統(tǒng)、 圖像傳感器、圖像傳感器控制器、膠囊微處理器、信號無線收發(fā)功能模塊、鏡 頭前后位移控制裝置、鏡頭前后位移控制裝置驅動器進行供電，以保障整個系 統(tǒng)的正常運行。透明球殼安裝在鏡頭前面，保護鏡頭，同時使安裝鏡頭一端的 膠囊形成光滑的球頭，防止膠囊對胃腸道的損傷。
所述膠囊內鏡為膠囊狀，膠囊外殼、透明球殼由對人體無毒、無害材料制 成。膠囊內鏡正常工作時膠囊外殼與人體胃腸道直接接觸。
所述體外圖像數據接收裝置包括第一電池組、第一電源開關、接收天線、
信號無線接收功能模塊、記錄裝置微處理器、數據存貯模塊、數據接口、記錄 裝置外殼。記錄裝置外殼外形為長方體狀，由對人體無毒、無害材料制成，第 一電池組、第一電源開關、接收天線、信號無線接收功能模塊、記錄裝置微處 理器、數據存貯模塊、數據接口全部安裝在記錄裝置外殼內。接收天線與信號 無線接收功能模塊相連，信號無線接收功能模塊與記錄裝置微處理器連接，實 現對膠囊內鏡發(fā)射的胃腸道內壁圖像信息的接收，記錄裝置微處理器與體外數 據處理系統(tǒng)相連，實現對胃腸道內壁圖像信息的實時處理。記錄裝置微處理器 和數據存貯模塊與數據接口相連，數據存貯模塊實現胃腸道內壁圖像數據的存 儲，數據接口實現胃腸道內壁圖像數據向體外數據處理系統(tǒng)傳送。第一電池組 與第一電源開關相連，并分別對信號無線接收功能模塊、微處理器、數據存貯 模塊進行供電，以保障整個系統(tǒng)的正常運動。
所述體外調焦控制裝置包括第二電池組、第二電源開關、控制按鈕、處 理電路、發(fā)射天線、信號無線發(fā)射功能模塊、調焦控制裝置微處理器、調焦控 制裝置外殼。體外調焦控制裝置為長方體狀，調焦控制裝置外殼由對人體無毒、 無害材料制成。控制按鈕通過處理電路與調焦控制裝置微處理器相連，發(fā)射天線與信號無線發(fā)射功能模塊相連，信號無線發(fā)射功能模塊與調焦控制裝置微處 理器連接，調焦控制信號在調焦控制裝置微處理器的控制下，通過控制按鈕、 處理電路、信號無線發(fā)射功能模塊和發(fā)射天線向體內發(fā)射。膠囊內鏡接收到調 焦控制信號后，在膠囊微處理器控制下，通過鏡頭前后位移控制裝置和鏡頭前 后位移控制裝置驅動器實現對鏡頭的有效控制。
第二電池組與第二電源開關相連，并分別對控制按鈕、處理電路、信號無 線發(fā)射功能模塊、調焦控制裝置微處理器進行供電，以保障整個系統(tǒng)的正常運 動。
所述的體外圖像數據接收裝置和體外調焦控制裝置可集成配置，共同構成 體外裝置。
所述的體外數據處理系統(tǒng)可與體外圖像數據接收裝置接收的數據顯示或按 要求進行處理。
本發(fā)明解決了由于胃腸道結構變化，導致膠囊內鏡圖像不清晰的問題，本 發(fā)明主動控制膠囊內鏡與消化道壁之間的物距和鏡頭與圖像傳感器之間的像 距，以拍攝不同清晰度的消化道圖像，直接清楚、準確地顯示消化道疾病病灶 具有十分重要的應用價值。
圖1為本發(fā)明的總體結構示意圖2為本發(fā)明膠囊內鏡的結構示意圖3為本發(fā)明體外圖像數據接收裝置的結構示意圖4為本發(fā)明體外調焦控制裝置結構和原理示意圖中，透明球殼l、鏡頭前后位移控制裝置2、鏡頭前后位移控制裝置驅動 器3、膠囊微處理器4、信號無線收發(fā)功能模塊5、天線6、微型電池7、永磁體 磁遙控電源開關8、膠囊外殼9、圖像傳感器控制器10、圖像傳感器11、鏡頭 12、微型照明系統(tǒng)13、第一電池組14、記錄裝置外殼15、記錄裝置微處理器 16、數據存貯模塊17、信號無線接收功能模塊18、接收天線19、數據接口20、 第一電源開關21、第二電池組22、調焦控制裝置外殼23、調焦控制裝置微處理 器24、信號無線發(fā)射功能模塊25、發(fā)射天線26、控制按鈕27、處理電路28、 第二電源開關29。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括膠囊內鏡、體外圖像數據接收裝置、體外調焦 控制裝置、體外數據處理系統(tǒng)。其中-
所述膠囊內鏡實時采集胃腸道內壁圖像，并通過無線方式將圖像數據發(fā)送 至體外，膠囊內鏡能夠根據體外調焦控制器命令，增加或減小消化道壁相對于 鏡頭的物距和鏡頭相對于圖像傳感器之間的像距，拍攝不同清晰程度的消化道 圖像。
所述體外圖像數據接收裝置置于體外，以無線接收膠囊內鏡發(fā)送的圖像數 據，圖像數據可通過接口和通信線傳輸至體外數據處理系統(tǒng)。
所述體外調焦控制裝置設于體外，體外調焦控制器通過無線通信可控制膠 囊內鏡鏡頭的位置，以獲得清晰的胃腸道內壁圖像。
所述的體外數據處理系統(tǒng)設置在體外，并與體外圖像數據接收裝置相連， 實現對膠囊內鏡采集的胃腸道內壁圖像的顯示和處理。
如圖2所示，所述膠囊內鏡包括透明球殼l、鏡頭前后位移控制裝置2、 鏡頭前后位移控制裝置驅動器3、膠囊微處理器4、信號無線收發(fā)功能模塊5、 天線6、微型電池7、永磁體磁遙控電源開關8、膠囊外殼9、圖像傳感器控制 器10、圖像傳感器11、鏡頭12、微型照明系統(tǒng)13。各部分的連接關系為膠 囊內鏡為膠囊狀，膠囊外殼9和透明球殼1由對人體無毒、無害材料制成；膠
囊內設有圖像傳感器11，實現對胃腸道內壁圖像的采集。胃腸道內壁圖像通過
透明球殼l、鏡頭12成像在圖像傳感器11上，并轉換為電信號，微型照明系統(tǒng) 13實現對拍照區(qū)域的照明；圖像傳感器11與圖像傳感器控制器10相連，將上 述電信號進行處理；圖像傳感器控制器10與膠囊微處理器4相連，膠囊微處理 器4與信號無線收發(fā)功能模塊5相連，信號無線收發(fā)功能模塊5與天線6相連， 實現對胃腸道內壁圖像信號向體外無線發(fā)射。鏡頭12由鏡頭前后位移控制裝置 2驅動，并通過鏡頭前后位移控制裝置2和鏡頭前后位移控制裝置驅動器3進行 精確位置控制，以獲得清晰圖像；鏡頭前后位移控制裝置2與鏡頭前后位移控制裝置驅動器3相連、鏡頭前后位移控制裝置驅動器3與膠囊微處理器4，調焦 控制信號自體外調焦控制裝置發(fā)出后，通過天線6、信號無線收發(fā)功能模塊5、 膠囊微處理器4傳送至鏡頭前后位移控制裝置驅動器3。微型電池7通過永磁體 磁遙控電源開關8分別對微型照明系統(tǒng)13、鏡頭前后位移控制裝置驅動器3、 圖像傳感器ll、圖像傳感器控制器IO、膠囊微處理器4、信號無線收發(fā)功能模 塊5進行供電。
如圖3所示，所述體外圖像數據接收裝置包括第一電池組14、記錄裝置 外殼15、記錄裝置微處理器16、數據存貯模塊17、信號無線接收功能模塊18、 接收天線19、數據接口20、第一電源開關21。體外圖像數據接收裝置為長方體 狀，記錄裝置外殼15由對人體無毒、無害材料制成，接收天線19與信號無線 接收功能模塊18相連，信號無線接收功能模塊18與記錄裝置微處理器16連接， 實現對膠囊內鏡發(fā)射的胃腸道內壁圖像數據的接收，數據存貯模塊17與記錄裝 置微處理器16相連接，實現圖像數據的存儲，記錄裝置微處理器16與數據接 口 20相連，實現對無線接收數據向體外數據處理系統(tǒng)傳送。第一電池組14與 第一電源開關21相連，并分別對信號無線接收功能模塊18、記錄裝置微處理器 16、數據接口20進行供電，以保障整個系統(tǒng)的正常運行。
如圖4所示，所述的體外調焦控制裝置包括第二電池組22、第二電源開 關29、控制按鈕27、處理電路28、發(fā)射天線26、信號無線發(fā)射功能模塊25、 調焦控制裝置微處理器24、調焦控制裝置外殼23。體外調焦控制裝置為長方體 狀，調焦控制裝置外殼23由對人體無毒、無害材料制成?？刂瓢粹o27用于輸 入調焦信號，控制按鈕27與處理電路28連接，處理電路28與調焦控制裝置微 處理器24相連，調焦控制裝置微處理器24與信號無線發(fā)射功能模塊25連接， 信號無線發(fā)射功能模塊25與發(fā)射天線26相連；調焦信號通過控制按鈕27，經 過處理電路28、調焦控制裝置微處理器24、信號無線發(fā)射功能模塊25和發(fā)射 天線26向體內的膠囊內鏡發(fā)射。第二電池組22與第二電源開關29相連，并分 別對控制按鈕27、處理電路28、調焦控制裝置微處理器24、信號無線發(fā)射功能 模塊25進行供電，以保障整個系統(tǒng)的正常運行。
所述的體外圖像數據接收裝置和體外調焦控制裝置可集成配置，共同構成 體外裝置。本實施例膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)工作過程如圖1所示，具體如下(1)在 受試場地安置體外圖像數據接收裝置和體外調焦控制裝置。(2)啟動膠囊內鏡、 體外圖像數據接收裝置、體外調焦控制裝置和體外數據處理系統(tǒng)。(3)受試者 口服膠囊內鏡。膠囊內鏡進入人體胃腸道，采集胃腸道內壁圖像數據，圖像數 據向體外發(fā)射。(4)體外圖像數據接收裝置無線接收膠囊內鏡發(fā)送的信號，并
將接收的圖像數據傳送至體外數據處理系統(tǒng)，完成對膠囊內鏡采集數據的顯示
和處理。(5)檢測過程中，若發(fā)生采集的圖像不清晰，可控制體外調焦控制裝 置的控制按鈕25對膠囊內鏡的鏡頭進行調整，以重新獲得清晰的圖像。(6)隨 消化過程，膠囊內鏡完成對人體胃腸道的全面檢測，膠囊內鏡排出體外，檢測 過程完畢。
為了方便膠囊內鏡口服和不影響胃腸道正常生理過程，膠囊內鏡外形呈膠 囊體狀。
顯然，上述檢測過程無痛苦、無創(chuàng)傷，完全在人體生理的狀態(tài)下、并能實 現24小時連續(xù)監(jiān)測。
權利要求
1、一種膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其特征在于，包括膠囊內鏡、體外圖像數據接收裝置、體外調焦控制器、體外數據處理系統(tǒng)，其中所述膠囊內鏡通過口服進入人體胃腸道，實時采集胃腸道內壁圖像，并通過無線方式將圖像數據發(fā)送至體外，膠囊內鏡能夠根據體外調焦控制器命令，增加或減小消化道壁相對于鏡頭的物距和鏡頭相對于圖像傳感器之間的像距，拍攝不同清晰程度的消化道圖像；所述體外圖像數據接收裝置置于體外，以無線接收膠囊內鏡發(fā)送的圖像數據，圖像數據可通過接口和通信線傳輸至體外數據處理系統(tǒng)；所述體外調焦控制裝置設于體外，體外調焦控制器通過無線通信控制膠囊內鏡鏡頭的位置，以獲得清晰的胃腸道內壁圖像；所述的體外數據處理系統(tǒng)設置在體外，并與體外圖像數據接收裝置相連，實現對膠囊內鏡采集的胃腸道內壁圖像的顯示和處理。
2、 根據權利要求l所述的膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其特征是所述膠囊內 鏡包括膠囊外殼、微型電池、永磁體磁遙控電源開關、透明球殼、微型照明系統(tǒng)、 鏡頭、鏡頭前后位移控制裝置、鏡頭前后位移控制器、圖像傳感器、圖像傳感器 控制器、膠囊微處理器、信號無線收發(fā)功能模塊、天線，上述部件全部密封在膠 囊外殼之內，其中圖像傳感器在微型照明系統(tǒng)的照明下，通過鏡頭檢測胃腸道 內壁圖像，圖像傳感器的輸出端連接到圖像傳感器控制器的輸入端，圖像傳感器 控制器在膠囊微處理器的控制下，對圖像信息進行處理，處理后的圖像信息被輸 出到信號無線發(fā)射功能模塊的輸入端，信號無線發(fā)射功能模塊輸出端連接到天 線，發(fā)射天線將上述信號向體外發(fā)射，鏡頭安裝在鏡頭前后位移控制裝置內，鏡 頭前后位移控制裝置連接鏡頭前后位移控制裝置驅動器，當體外調焦控制器有信 號發(fā)出時，天線和信號無線收發(fā)功能模塊收到該控制信號，膠囊控制器和鏡頭前 后位移控制裝置驅動器鏡頭的位置，微型電池分別對微型照明系統(tǒng)、圖像傳感器、 圖像傳感器控制器、膠囊微處理器、信號無線收發(fā)功能模塊、鏡頭前后位移控制 裝置、鏡頭前后位移控制裝置驅動器進行供電，透明球殼安裝在鏡頭前面。
3、 根據權利要求l所述的膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其特征是所述體外圖 像數據接收裝置包括第一電池組、第一電源開關、接收天線、信號無線接收功 能模塊、記錄裝置微處理器、數據存貯模塊、數據接口、記錄裝置外殼，其中 第一電池組、第一電源開關、接收天線、信號無線接收功能模塊、記錄裝置微處 理器、數據存貯模塊、數據接口全部設置在記錄裝置外殼內；接收天線與信號無 線接收功能模塊相連，信號無線接收功能模塊與記錄裝置微處理器連接，實現對 膠囊內鏡發(fā)射的胃腸道內壁圖像數據的接收；記錄裝置微處理器與體外數據處理 系統(tǒng)相連，對胃腸道內壁圖像數據的實時處理；記錄裝置微處理器和數據存貯模 塊與數據接口相連，數據存貯模塊實現胃腸道內壁圖像數據的存儲，數據接口實 現胃腸道內壁圖像數據向體外數據處理系統(tǒng)傳送；第一電池組與第一電源開關相 連，并分別對信號無線接收功能模塊、微處理器、數據存貯模塊進行供電，保障 整個系統(tǒng)的正常運動。
4、 根據權利要求3所述的膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其特征是所述記錄裝 置外殼外形為長方體狀。
5、 根據權利要求l所述的膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其特征是所述體外調 焦控制裝置包括第二電池組、第二電源開關、控制按鈕、處理電路、發(fā)射天線、 信號無線發(fā)射功能模塊、調焦控制裝置微處理器、調焦控制裝置外殼，其中控 制按鈕通過處理電路與調焦控制裝置微處理器相連，發(fā)射天線與信號無線發(fā)射功 能模塊相連，信號無線發(fā)射功能模塊與調焦控制裝置微處理器連接，調焦控制信 號在調焦控制裝置微處理器的控制下，通過控制按鈕、處理電路、信號無線發(fā)射 功能模塊和發(fā)射天線向體內發(fā)射，膠囊內鏡接收到調焦控制信號后，在膠囊微處 理器控制下，通過鏡頭前后位移控制裝置和鏡頭前后位移控制裝置驅動器實現對 鏡頭的有效控制；第二電池組與、第二電源開關相連，并分別對控制按鈕、處理 電路、信號無線發(fā)射功能模塊、調焦控制裝置微處理器進行供電，以保障整個系 統(tǒng)的正常運動。
6、 根據權利要求5所述的膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其特征是所述體外調 焦控制裝置為長方體狀。
7、 根據權利要求1或2所述的膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其特征是所述膠 囊內鏡外形為膠囊狀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種醫(yī)療器械技術領域的膠囊內鏡自動調焦系統(tǒng)，其中所述膠囊內鏡通過口服進入人體胃腸道，無創(chuàng)檢測人體胃腸道內壁圖像，通過無線方式發(fā)射至體外；體外圖像數據接收裝置設置于體外，無線接收膠囊內鏡發(fā)射的胃腸道內壁圖像數據，并將圖像數據傳輸至體外數據處理系統(tǒng)。當膠囊內鏡采集的圖像不清晰時，體外調焦控制器發(fā)出調焦控制信號，膠囊內鏡內無線收發(fā)功能模塊收到該控制信號，通過膠囊控制器和鏡頭前后位移控制裝置驅動器實現對鏡頭的定量控制，獲得清晰檢測圖像。所述體外調焦控制器設置在體外，實現對膠囊內鏡成像系統(tǒng)調焦控制。所述體外數據處理系統(tǒng)實現胃腸道內壁圖像數據的顯示和處理。
文檔編號A61B1/00GK101536895SQ200910049010
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權日2009年4月9日
發(fā)明者華 劉, 姜萍萍, 王坤東, 王文興, 顏國正 申請人:上海交通大學