西交利物浦大学

王炤 | 罗天明 | 林永义 | 陈瑾慧

带环形透镜的无线胶囊内窥镜

[0022]本发明改进现有技术的不足，提供一种在不增加能耗的情况下，提升视野角度，获得更加清晰、保真、覆盖面更广泛的胶囊内窥镜光学成像系统。本发明通过特殊设计的光学成像系统，减小了传统胶囊内窥镜成像系统的失真(包括因成像距离不同导致的像素分布与实体图像不成比例，及因同张图片上相距不同致使图片部分区域不满足理想光学成像条件导致的图像模糊)，扩大了所采集图像的有效面积，提高了同等照明条件下的图像亮度，从侧面减少了电池消耗，提高了无线胶囊内窥镜对胃肠疾病诊断的应用价值。 [0023]本发明为了获得具有更广阔视野，较高图像亮度与超低失真度的无线胶囊内窥镜，本发明在体内无线胶囊内窥镜的透明外壳内增添了环形透镜(其轴截面类似于两个凸透镜)及反射镜。此种设计使成像方向发生改变；与US6939295提供的在胶囊一端安装透镜镜头(图4)(成像面并不垂直于胶囊行进方向，会导致图像失真)相比，成像方向从捕捉由胶囊头部拍摄的画面改变为垂直拍摄平行于胶囊主体外侧一段肠道环状面积(即成像面垂直于胶囊行进方向，且缩短了物距或等效的物距，物距的变化比较小)，达到使无线胶囊内窥镜拥有广阔视野和精确成像能力的目的，减少诊断过程中信息的遗漏。 [0024]相对于现有技术中的方案，本发明的优点是： [0025]第一，本发明环形透镜与反射镜结合的装置，有效的利用的图像传感器。利用本发明所诉的系统拍摄的照片没有中央黑区，大大提高了图片有效信息量。 [0026]第二，由于本发明中的环形透镜的光轴垂直于小肠壁，大大缩短了被拍摄区域与图像传感器间的距离，降低了对照明系统的要求，降低能耗，并保证了图片质量。 [0027]第三，同样因为本发明可以垂直拍摄小肠壁图像，被拍摄区域与镜头距离基本恒定，使得同张图像上每点的物距基本相同。在拍摄被观察物体时，只需依据统计得出的肠道到胶囊间距离的平均数据调节焦距，及镜头与棱镜和传感器间的距离，便可得到理想的光学效果，使同张图片每个部分的清晰度相同，免去了失焦对图片质量造成的影响。 [0028]第四，在本发明中，因图像传感器上的成像距离不同而产生的图像失真问题得到了很好的解决。应用本发明，则各像素对应的实物大小也与像素位置无关，完全恒定，由此消除了像素位置带来的失真。 [0029]第五，本发明解决了申请号为200910047789.5的中国专利申请引发的问题。其一，本系统无需机械牵引棱镜转动，降低了能耗。其二，本发明在棱镜前段添加环形透镜镜头，致使拍摄的视野不仅局限于棱镜的尺寸，从而减小了图像摄入系统在胶囊内部空间所占的比例。其次，获取图像时无需对同段肠道多步拍摄，一次拍摄即可获取等效于前种发明多次拍摄得到的效果。由此，相对降低了能耗；减少了系统之后传输及处理图像的步骤及时间，提高了侦测和诊断效率。再者，本发明相无需长时间不间断的体外操控改变视野方向，降低了人工成本，提升了胶囊的自动化能力。 [0030]第六，与美国专利申请US2006238614相比，本发明可以100％的利用图像传感器，提供了更好的图像传感器的利用率。并且，不存在同一传感器拍摄两张图像的问题，由此可获得更加清晰图像，便于医生对图片的观察和使用。 [0031]由于在本发明中会拍摄到小肠侧壁内很多重叠的信息，本发明可以充分利用这些重叠图像部分的信息来辅助图像自动分析技术。本发明的技术方案可以配合本发明人已经公开的申请号为200910186622.7名称为“基于无线胶囊内视镜或视频内窥镜体内摄像的图像处理方法及其系统”的中国专利申请一起使用。利用该专利申请的技术通过后期图像处理已经捕捉得到的图像，将其逆投影到肠壁连续捕获的二维逆图像，得到二维到三维图像的转换。基于本发明宽视野低失真的特性，逆投影技术的可实现度与精确度也可获得相当大的提升，从而显著减少医护人员研究摄影图像的时间，大大提高诊断效率。 [0032]与现有技术相比，本发明解决了其视野空间小，亮度低，失真严重导致临床诊断过程中出现漏检所导致的问题，可以实现对胃肠疾病全面，准确的诊断。与己有的系统相比，本发明更具实际意义和临床应用价值。