专利名称：胶囊内镜自动调焦系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗器械技术领域的系统，具体是一种胶囊内镜自动调焦 系统。
背景技术：
胃肠道疾病是人体常见内科疾病，该类疾病发病部位处于人体内部，长期 以来缺乏有效的诊断、治疗方法和手段。传统医用内窥镜问世以来，就对人体 消化系统疾病的诊断提供了非常有效的途径，在临床上得到了广泛的应用。但 是，传统的推进式内窥镜存在许多的缺点，特别是采用传统内窥镜检查会给患 者带来极大痛苦，而且还可能引起创伤，许多患者因为恐惧而放弃检查，从而 耽误了对疾病及时诊治。
小肠病变是传统内镜检査的"终极障碍"。尽管推进式小肠镜的应用，可窥 视空肠有无病变，但操作非常困难，更远部位的小肠病变无法诊断，而且病人 极端不舒服，引起诸多并发症咽部擦伤、食管贲门粘膜撕裂伤、下颌关节脱 臼、颌下腺肿胀、麻醉药过敏、颜面部皮下出血、急性胃扩张、胃肠道穿孔和 出血、吸入性肺炎甚至猝死等。因此，这项技术很难被接受。探条式小肠镜可 以检査空肠和回肠上部，但操作时间长、观察存在盲区、且不能活检。肠带诱 导式小肠镜可以观察全部小肠，可活检，但术前准备复杂、耗时长、病人痛苦
大。小肠低张双重造影插管时患者痛苦、检查时间较长、要接触较多的x射线。
从而，长达5-7米小肠检査目前仍是盲区。因此，"胶囊内镜"已成为目前诊断 小肠疾病的最有效设备，得到了国际医疗器械领域的重视。
2001年以色列GavrielD. Meron开展了"胶囊内镜"研究，研制成PillCam 型产品，目前最新研究成果包括用于小肠疾病的PillCam SB、用于检测食管咽 喉疾病的PillCamESO。我国金山公司也研制的0M0M型"胶囊内镜"。该类"胶 囊内镜"外形尺寸为①llX26mra，由氧化银电池作为能源，包括CMOS图像芯片 和微处理器，白色发光二极管，短焦距透镜，微型信息发射器和天线。系统可
4以每秒钟2幅的速率向体外发射图像，附着在体表的天线阵列接收上述图像信 息并存储在位于体外的"便携式接收装置"中以待后续处理。以在无痛苦的人 体胃肠道生理状态的情况下，获得胃肠道内壁的图像。
胶囊内镜的工作环境是处于整个消化道，其空间窄小，结构多变， 一旦进 入胃肠道，难以对它的位置和姿态进行控制，导致目前，绝大多数的胶囊内窥 镜系统都没有实现主动控制其自身的姿态和运动，也不能针对物距进行调焦， 导致"胶囊内镜"拍摄的图像不清晰，严重影响诊断的准确性，在胃肠疾病诊 断方面的应用价值受到限制。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种胶囊内镜自动调焦系统，使其解 决胶囊内镜的自动调焦问题，能在胃肠道结构变化导致成像物距变化时，同样 能获得胃肠道内壁清晰的图像。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括胶囊内镜、体外图像数据 接收装置、体外调焦控制器、体外数据处理系统。其中
所述胶囊内镜无创获得胃肠道内壁的图像，并通过无线方式发送至体外， 胶囊内镜能够根据体外调焦控制器命令，增加或减小消化道壁相对于镜头的物 距和镜头相对于图像传感器之间的像距，拍摄不同清晰程度的消化道图像。
所述体外图像数据接收装置置于体外，以无线接收胶囊内镜发送的图像数 据，图像数据可通过接口和通信线传输至体外数据处理系统。
所述体外调焦控制装置设于体外，体外调焦控制器通过无线通信可控制胶 囊内镜镜头的位置，以获得清晰的胃肠道内壁图像。
所述的体外数据处理系统设置在体外，并与体外图像数据接收装置相连， 实现对胶囊内镜采集的胃肠道内壁图像的显示和处理。
所述胶囊内镜包括胶囊外壳、微型电池、永磁体磁遥控电源开关、透明球 壳、微型照明系统、镜头、镜头前后位移控制装置、镜头前后位移控制器、图 像传感器、图像传感器控制器、胶囊微处理器、信号无线收发功能模块、天线。 上述部件全部密封在胶囊外壳之内。其中图像传感器在微型照明系统的照明 下，通过镜头检测胃肠道内壁图像，图像传感器的输出端连接到图像传感器控 制器的输入端，在胶囊微处理器的控制下，对图像信息进行处理，处理后的图像信息被输出到信号无线发射功能模块的输入端，信号无线发射功能模块输出 端连接到天线，发射天线将上述信号向体外发射。所述的镜头精密安装在镜头 前后位移控制装置内，镜头前后位移控制装置连接镜头前后位移控制装置驱动 器并由其驱动，当体外调焦控制器有信号发出时，天线和信号无线收发功能模 块收到该控制信号，胶囊控制器和镜头前后位移控制装置驱动器实现对镜头的 位置控制增加或减小消化道壁相对于镜头的物距和镜头相对于图像传感器之 间的像距，以拍摄不同清晰程度的消化道图像。微型电池分别对微型照明系统、 图像传感器、图像传感器控制器、胶囊微处理器、信号无线收发功能模块、镜 头前后位移控制装置、镜头前后位移控制装置驱动器进行供电，以保障整个系 统的正常运行。透明球壳安装在镜头前面，保护镜头，同时使安装镜头一端的 胶囊形成光滑的球头，防止胶囊对胃肠道的损伤。
所述胶囊内镜为胶囊状，胶囊外壳、透明球壳由对人体无毒、无害材料制 成。胶囊内镜正常工作时胶囊外壳与人体胃肠道直接接触。
所述体外图像数据接收装置包括第一电池组、第一电源开关、接收天线、
信号无线接收功能模块、记录装置微处理器、数据存贮模块、数据接口、记录 装置外壳。记录装置外壳外形为长方体状，由对人体无毒、无害材料制成，第 一电池组、第一电源开关、接收天线、信号无线接收功能模块、记录装置微处 理器、数据存贮模块、数据接口全部安装在记录装置外壳内。接收天线与信号 无线接收功能模块相连，信号无线接收功能模块与记录装置微处理器连接，实 现对胶囊内镜发射的胃肠道内壁图像信息的接收，记录装置微处理器与体外数 据处理系统相连，实现对胃肠道内壁图像信息的实时处理。记录装置微处理器 和数据存贮模块与数据接口相连，数据存贮模块实现胃肠道内壁图像数据的存 储，数据接口实现胃肠道内壁图像数据向体外数据处理系统传送。第一电池组 与第一电源开关相连，并分别对信号无线接收功能模块、微处理器、数据存贮 模块进行供电，以保障整个系统的正常运动。
所述体外调焦控制装置包括第二电池组、第二电源开关、控制按钮、处 理电路、发射天线、信号无线发射功能模块、调焦控制装置微处理器、调焦控 制装置外壳。体外调焦控制装置为长方体状，调焦控制装置外壳由对人体无毒、 无害材料制成。控制按钮通过处理电路与调焦控制装置微处理器相连，发射天线与信号无线发射功能模块相连，信号无线发射功能模块与调焦控制装置微处 理器连接，调焦控制信号在调焦控制装置微处理器的控制下，通过控制按钮、 处理电路、信号无线发射功能模块和发射天线向体内发射。胶囊内镜接收到调 焦控制信号后，在胶囊微处理器控制下，通过镜头前后位移控制装置和镜头前 后位移控制装置驱动器实现对镜头的有效控制。
第二电池组与第二电源开关相连，并分别对控制按钮、处理电路、信号无 线发射功能模块、调焦控制装置微处理器进行供电，以保障整个系统的正常运 动。
所述的体外图像数据接收装置和体外调焦控制装置可集成配置，共同构成 体外装置。
所述的体外数据处理系统可与体外图像数据接收装置接收的数据显示或按 要求进行处理。
本发明解决了由于胃肠道结构变化，导致胶囊内镜图像不清晰的问题，本 发明主动控制胶囊内镜与消化道壁之间的物距和镜头与图像传感器之间的像 距，以拍摄不同清晰度的消化道图像，直接清楚、准确地显示消化道疾病病灶 具有十分重要的应用价值。
图1为本发明的总体结构示意图2为本发明胶囊内镜的结构示意图3为本发明体外图像数据接收装置的结构示意图4为本发明体外调焦控制装置结构和原理示意图中，透明球壳l、镜头前后位移控制装置2、镜头前后位移控制装置驱动 器3、胶囊微处理器4、信号无线收发功能模块5、天线6、微型电池7、永磁体 磁遥控电源开关8、胶囊外壳9、图像传感器控制器10、图像传感器11、镜头 12、微型照明系统13、第一电池组14、记录装置外壳15、记录装置微处理器 16、数据存贮模块17、信号无线接收功能模块18、接收天线19、数据接口20、 第一电源开关21、第二电池组22、调焦控制装置外壳23、调焦控制装置微处理 器24、信号无线发射功能模块25、发射天线26、控制按钮27、处理电路28、 第二电源开关29。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括胶囊内镜、体外图像数据接收装置、体外调焦 控制装置、体外数据处理系统。其中-
所述胶囊内镜实时采集胃肠道内壁图像，并通过无线方式将图像数据发送 至体外，胶囊内镜能够根据体外调焦控制器命令，增加或减小消化道壁相对于 镜头的物距和镜头相对于图像传感器之间的像距，拍摄不同清晰程度的消化道 图像。
所述体外图像数据接收装置置于体外，以无线接收胶囊内镜发送的图像数 据，图像数据可通过接口和通信线传输至体外数据处理系统。
所述体外调焦控制装置设于体外，体外调焦控制器通过无线通信可控制胶 囊内镜镜头的位置，以获得清晰的胃肠道内壁图像。
所述的体外数据处理系统设置在体外，并与体外图像数据接收装置相连， 实现对胶囊内镜采集的胃肠道内壁图像的显示和处理。
如图2所示，所述胶囊内镜包括透明球壳l、镜头前后位移控制装置2、 镜头前后位移控制装置驱动器3、胶囊微处理器4、信号无线收发功能模块5、 天线6、微型电池7、永磁体磁遥控电源开关8、胶囊外壳9、图像传感器控制 器10、图像传感器11、镜头12、微型照明系统13。各部分的连接关系为胶 囊内镜为胶囊状，胶囊外壳9和透明球壳1由对人体无毒、无害材料制成；胶
囊内设有图像传感器11，实现对胃肠道内壁图像的采集。胃肠道内壁图像通过
透明球壳l、镜头12成像在图像传感器11上，并转换为电信号，微型照明系统 13实现对拍照区域的照明；图像传感器11与图像传感器控制器10相连，将上 述电信号进行处理；图像传感器控制器10与胶囊微处理器4相连，胶囊微处理 器4与信号无线收发功能模块5相连，信号无线收发功能模块5与天线6相连， 实现对胃肠道内壁图像信号向体外无线发射。镜头12由镜头前后位移控制装置 2驱动，并通过镜头前后位移控制装置2和镜头前后位移控制装置驱动器3进行 精确位置控制，以获得清晰图像；镜头前后位移控制装置2与镜头前后位移控制装置驱动器3相连、镜头前后位移控制装置驱动器3与胶囊微处理器4，调焦 控制信号自体外调焦控制装置发出后，通过天线6、信号无线收发功能模块5、 胶囊微处理器4传送至镜头前后位移控制装置驱动器3。微型电池7通过永磁体 磁遥控电源开关8分别对微型照明系统13、镜头前后位移控制装置驱动器3、 图像传感器ll、图像传感器控制器IO、胶囊微处理器4、信号无线收发功能模 块5进行供电。
如图3所示，所述体外图像数据接收装置包括第一电池组14、记录装置 外壳15、记录装置微处理器16、数据存贮模块17、信号无线接收功能模块18、 接收天线19、数据接口20、第一电源开关21。体外图像数据接收装置为长方体 状，记录装置外壳15由对人体无毒、无害材料制成，接收天线19与信号无线 接收功能模块18相连，信号无线接收功能模块18与记录装置微处理器16连接， 实现对胶囊内镜发射的胃肠道内壁图像数据的接收，数据存贮模块17与记录装 置微处理器16相连接，实现图像数据的存储，记录装置微处理器16与数据接 口 20相连，实现对无线接收数据向体外数据处理系统传送。第一电池组14与 第一电源开关21相连，并分别对信号无线接收功能模块18、记录装置微处理器 16、数据接口20进行供电，以保障整个系统的正常运行。
如图4所示，所述的体外调焦控制装置包括第二电池组22、第二电源开 关29、控制按钮27、处理电路28、发射天线26、信号无线发射功能模块25、 调焦控制装置微处理器24、调焦控制装置外壳23。体外调焦控制装置为长方体 状，调焦控制装置外壳23由对人体无毒、无害材料制成。控制按钮27用于输 入调焦信号，控制按钮27与处理电路28连接，处理电路28与调焦控制装置微 处理器24相连，调焦控制装置微处理器24与信号无线发射功能模块25连接， 信号无线发射功能模块25与发射天线26相连；调焦信号通过控制按钮27，经 过处理电路28、调焦控制装置微处理器24、信号无线发射功能模块25和发射 天线26向体内的胶囊内镜发射。第二电池组22与第二电源开关29相连，并分 别对控制按钮27、处理电路28、调焦控制装置微处理器24、信号无线发射功能 模块25进行供电，以保障整个系统的正常运行。
所述的体外图像数据接收装置和体外调焦控制装置可集成配置，共同构成 体外装置。本实施例胶囊内镜自动调焦系统工作过程如图1所示，具体如下(1)在 受试场地安置体外图像数据接收装置和体外调焦控制装置。(2)启动胶囊内镜、 体外图像数据接收装置、体外调焦控制装置和体外数据处理系统。(3)受试者 口服胶囊内镜。胶囊内镜进入人体胃肠道，采集胃肠道内壁图像数据，图像数 据向体外发射。(4)体外图像数据接收装置无线接收胶囊内镜发送的信号，并
将接收的图像数据传送至体外数据处理系统，完成对胶囊内镜采集数据的显示
和处理。(5)检测过程中，若发生采集的图像不清晰，可控制体外调焦控制装 置的控制按钮25对胶囊内镜的镜头进行调整，以重新获得清晰的图像。(6)随 消化过程，胶囊内镜完成对人体胃肠道的全面检测，胶囊内镜排出体外，检测 过程完毕。
为了方便胶囊内镜口服和不影响胃肠道正常生理过程，胶囊内镜外形呈胶 囊体状。
显然，上述检测过程无痛苦、无创伤，完全在人体生理的状态下、并能实 现24小时连续监测。
权利要求
1、一种胶囊内镜自动调焦系统，其特征在于，包括胶囊内镜、体外图像数据接收装置、体外调焦控制器、体外数据处理系统，其中所述胶囊内镜通过口服进入人体胃肠道，实时采集胃肠道内壁图像，并通过无线方式将图像数据发送至体外，胶囊内镜能够根据体外调焦控制器命令，增加或减小消化道壁相对于镜头的物距和镜头相对于图像传感器之间的像距，拍摄不同清晰程度的消化道图像；所述体外图像数据接收装置置于体外，以无线接收胶囊内镜发送的图像数据，图像数据可通过接口和通信线传输至体外数据处理系统；所述体外调焦控制装置设于体外，体外调焦控制器通过无线通信控制胶囊内镜镜头的位置，以获得清晰的胃肠道内壁图像；所述的体外数据处理系统设置在体外，并与体外图像数据接收装置相连，实现对胶囊内镜采集的胃肠道内壁图像的显示和处理。
2、 根据权利要求l所述的胶囊内镜自动调焦系统，其特征是所述胶囊内 镜包括胶囊外壳、微型电池、永磁体磁遥控电源开关、透明球壳、微型照明系统、 镜头、镜头前后位移控制装置、镜头前后位移控制器、图像传感器、图像传感器 控制器、胶囊微处理器、信号无线收发功能模块、天线，上述部件全部密封在胶 囊外壳之内，其中图像传感器在微型照明系统的照明下，通过镜头检测胃肠道 内壁图像，图像传感器的输出端连接到图像传感器控制器的输入端，图像传感器 控制器在胶囊微处理器的控制下，对图像信息进行处理，处理后的图像信息被输 出到信号无线发射功能模块的输入端，信号无线发射功能模块输出端连接到天 线，发射天线将上述信号向体外发射，镜头安装在镜头前后位移控制装置内，镜 头前后位移控制装置连接镜头前后位移控制装置驱动器，当体外调焦控制器有信 号发出时，天线和信号无线收发功能模块收到该控制信号，胶囊控制器和镜头前 后位移控制装置驱动器镜头的位置，微型电池分别对微型照明系统、图像传感器、 图像传感器控制器、胶囊微处理器、信号无线收发功能模块、镜头前后位移控制 装置、镜头前后位移控制装置驱动器进行供电，透明球壳安装在镜头前面。
3、 根据权利要求l所述的胶囊内镜自动调焦系统，其特征是所述体外图 像数据接收装置包括第一电池组、第一电源开关、接收天线、信号无线接收功 能模块、记录装置微处理器、数据存贮模块、数据接口、记录装置外壳，其中 第一电池组、第一电源开关、接收天线、信号无线接收功能模块、记录装置微处 理器、数据存贮模块、数据接口全部设置在记录装置外壳内；接收天线与信号无 线接收功能模块相连，信号无线接收功能模块与记录装置微处理器连接，实现对 胶囊内镜发射的胃肠道内壁图像数据的接收；记录装置微处理器与体外数据处理 系统相连，对胃肠道内壁图像数据的实时处理；记录装置微处理器和数据存贮模 块与数据接口相连，数据存贮模块实现胃肠道内壁图像数据的存储，数据接口实 现胃肠道内壁图像数据向体外数据处理系统传送；第一电池组与第一电源开关相 连，并分别对信号无线接收功能模块、微处理器、数据存贮模块进行供电，保障 整个系统的正常运动。
4、 根据权利要求3所述的胶囊内镜自动调焦系统，其特征是所述记录装 置外壳外形为长方体状。
5、 根据权利要求l所述的胶囊内镜自动调焦系统，其特征是所述体外调 焦控制装置包括第二电池组、第二电源开关、控制按钮、处理电路、发射天线、 信号无线发射功能模块、调焦控制装置微处理器、调焦控制装置外壳，其中控 制按钮通过处理电路与调焦控制装置微处理器相连，发射天线与信号无线发射功 能模块相连，信号无线发射功能模块与调焦控制装置微处理器连接，调焦控制信 号在调焦控制装置微处理器的控制下，通过控制按钮、处理电路、信号无线发射 功能模块和发射天线向体内发射，胶囊内镜接收到调焦控制信号后，在胶囊微处 理器控制下，通过镜头前后位移控制装置和镜头前后位移控制装置驱动器实现对 镜头的有效控制；第二电池组与、第二电源开关相连，并分别对控制按钮、处理 电路、信号无线发射功能模块、调焦控制装置微处理器进行供电，以保障整个系 统的正常运动。
6、 根据权利要求5所述的胶囊内镜自动调焦系统，其特征是所述体外调 焦控制装置为长方体状。
7、 根据权利要求1或2所述的胶囊内镜自动调焦系统，其特征是所述胶 囊内镜外形为胶囊状。
全文摘要
本发明公开一种医疗器械技术领域的胶囊内镜自动调焦系统，其中所述胶囊内镜通过口服进入人体胃肠道，无创检测人体胃肠道内壁图像，通过无线方式发射至体外；体外图像数据接收装置设置于体外，无线接收胶囊内镜发射的胃肠道内壁图像数据，并将图像数据传输至体外数据处理系统。当胶囊内镜采集的图像不清晰时，体外调焦控制器发出调焦控制信号，胶囊内镜内无线收发功能模块收到该控制信号，通过胶囊控制器和镜头前后位移控制装置驱动器实现对镜头的定量控制，获得清晰检测图像。所述体外调焦控制器设置在体外，实现对胶囊内镜成像系统调焦控制。所述体外数据处理系统实现胃肠道内壁图像数据的显示和处理。
文档编号A61B1/00GK101536895SQ200910049010
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者华 刘, 姜萍萍, 王坤东, 王文兴, 颜国正 申请人:上海交通大学