用于胶囊相机的光学无线对接系统的制作方法

用于胶囊相机的光学无线对接系统的制作方法
【专利摘要】揭露的是一种具有无线对接装置的胶囊内窥镜系统，本系统包含胶囊装置以及用于从胶囊装置接收资料的对接装置。对接装置将电力供应至胶囊装置，并且以无线方式从胶囊装置提取资料。胶囊装置包含用以将身体管腔内由胶囊装置所撷取的资料储存的归档存储器、用以传送所储存资料的无线传送器、次级线圈。对接装置包含用以产生交流磁场的初级线圈(其中磁场是耦合于次级线圈，用以在胶囊装置于对接装置中对接时，以无线方式将电力供应至胶囊装置)以及用以从胶囊装置接收资料的无线接收器。无线连结能为射频(RF)连结或光学连结。
【专利说明】用于胶囊相机的光学无线对接系统
[0001] 相关申请案对照参考
[0002] 本发明主张2012年5月19日所提出美国临时专利申请第61/649, 238号，名称为 「Optical Wireless Docking System for Capsule Camera」的优先权。特此将该美国临时 专利申请案的全部内容引用含括于本文。
[0003] 背景领域
[0004] 本发明关于人体内的诊断成像。尤其是，本发明是关于将电力供应至胶囊相机，并 且从该胶囊相机提取资料的光学无线对接系统。

【背景技术】
[0005] 用于令活体内体腔或通路成像的装置在所属领域属于已知，并且包括内窥镜及自 主性封装相机。内窥镜为透过孔口或手术刀口进入体内的可挠性或刚性管，其通常是经由 嘴巴进入食道，或经由直肠进入结肠。影像是在体外通过透镜中继系统，或通过同调光纤 束（coherent fiber-optic bundle),使用透镜在远端成形，并且传送到近端。或者，内窥镜 可能例如使用C⑶或CMOS阵列，在远端以电子方式记录影像，并且透过缆线将影像资料以 电信号的方式转送至近端。由于穿过旋绕的通路有困难，内窥镜无法轻易抵达大部分小肠， 要抵达完整的小肠，需要特殊技术及预防措施，这使得成本增加。要以内窥镜抵达盲肠及升 结肠也需要付出巨大努力及技术。解决许多这些问题的另类活体内影像感测器为胶囊内窥 镜。相机是罩覆于可吞式胶囊中，连同无线电传送器用于将资料（主要包含数字相机所记 录的影像）传送至基地台接收器或收发器、以及体外的资料记录器。另一自主性胶囊相机 系统具有板上资料储存器，其揭露于2006年9月19日所提出美国专利申请第11/533,304 号中。
[0006] 对于上述活体内装置而言，穿过人体内的管腔（如：胃肠（GI)道）收集大量影像 资料。撷取的影像连同其他信息储存于胶囊相机内的板上归档存储器中。归档存储器可为 各种形式的非挥发性存储器。胶囊相机在离开肛门后，遭到提取以复原板上储存的资料。在 现有的方法中，会需要相当昂贵的资料存取系统，其包括将胶囊打开并且与其对接。由于必 须打开胶囊并且将接触接脚对齐胶囊中的接垫，无法避免某种程度的机械复杂性。因此，此 类任务通常是由训练有素的人员进行的。期望开发一种允许从胶囊相机提取资料但不用打 开密封围体的新系统。再者，希望能轻易且快速操作新系统，以在任何典型的医疗服务环境 下，执行从胶囊相机提取资料。


【发明内容】

[0007] 揭露的是一种胶囊内窥镜系统，本系统包含胶囊装置以及用于从胶囊装置接收第 一资料的对接装置。胶囊装置包含用以将身体管腔内由胶囊装置所撷取的第一资料储存的 归档存储器、用以传送所储存资料的无线传送器、次级线圈、以及胶囊外壳，其中归档存储 器、无线传送器及次级线圈密封于胶囊外壳中。对接装置包含用以产生交流磁场的初级线 圈（其中磁场耦合于次级线圈，用以在胶囊装置于对接装置中对接时，以无线方式将电力 供应至胶囊装置）、以及用以从胶囊装置接收第一资料的无线接收器。无线连结能为射频 (RF)连结或光学连结。
[0008] 在一个具体实施例中，对接装置更包含用以保留胶囊装置的容器，并且容器保留 胶囊装置一纵向端的至少一部分呈透明，以允许光线从胶囊装置射出而通过。容器包含锥 形内面，并且锥形内面与胶囊装置的该一纵向端的曲面紧密配合，用以将胶囊装置的纵轴 与对接装置的光学接收器对齐。
[0009] 本发明的一方面解决初级线圈及次级线圈的组态。在一个具体实施例中，对接装 置在胶囊装置于对接装置中对接时，在胶囊装置外侧包含主核，并且主核含有与初级线圈 有关的磁通量的至少一部分，其中主核含有铁磁或亚铁磁材料。主核能配置成壳层，并且初 级线圈由壳层予以封闭。在胶囊装置于对接装置中对接时，能透过壳层的开口，将胶囊装置 置入壳层。胶囊装置可穿入壳层的内面，或部分穿入壳层的内面。若胶囊装置部分穿透壳 层的内面，则当胶囊装置于对接装置中对接时，胶囊装置内的电池非由壳层的内面所封闭。 [0010] 本发明的另一方面解决胶囊装置与对接装置之间光学连结的设置。在胶囊装置与 对接装置之间，使用壳层为系统提供光通路。在一个具体实施例中，胶囊装置包含通过壳层 中的开口，将调变光射至对接装置中的光学接收器的调变光源。对接装置可包括正屈光力 的透镜，用以降低来自调变光源的调变光的散度。对接装置也可包括进入壳层中的开口的 光导管（如：光纤），并且调变光从调变光源通过光导管至光学接收器。
[0011] 本发明的又另一方面解决了将铰接盖或可移除盖打开时，令铰接盖或可移除盖使 胶囊装置免遭拾取（pick up)的手段。能将簧压式柱塞或弹性膜用于在打开铰接盖或可移 除盖时，于胶囊装置上施加推力。
[0012] 也揭露的是一种无需铰接盖或可移除盖的对接装置。另类组态使用软体或韧体式 控制（其轮询来自对接装置的控制信号，并且管理回应控制信号的第一资料的传输），而非 连同外部磁力使用电力切换器，以将胶囊装置的电系统重设。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 图1根据本发明描述光学无线对接系统的系统架构的实施例。
[0014] 图2A至2B根据本发明描述例示性光学无线对接系统，此系统配置有纵向场几何 形状。
[0015] 图3根据本发明描述例示性光学无线对接系统，此系统配置有另类纵向场几何形 状。
[0016] 图4根据本发明描述例示性光学无线对接系统，此系统配置有横向场几何形状。
[0017] 图5根据本发明描述例示性光学无线对接系统，此系统使用两组其磁极正交而置 的主铁氧体，配置有横向场几何形状。
[0018] 图6根据本发明描述例示性光学无线对接系统的截面图，此系统配置有纵向场几 何形状。
[0019] 图7根据本发明描述例示性光学无线对接系统的截面图，此系统配置有纵向场几 何形状，并且将光纤当作传输媒介提供上行链路。
[0020] 图8根据本发明描述另一例示性光学无线对接系统的截面图，此系统配置有纵向 场几何形状，并且将空间当作传输媒介提供上行链路。
[0021] 图9根据本发明描述例示性光学无线对接系统。
[0022] 图10描述图9所示的光学无线对接系统的铰接盖的分解图。
[0023] 图11描述图9所示的例示性光学无线对接系统的截面图。
[0024] 图12描述光学无线对接系统的截面图，阖盖（Iid)与固位盖之间有加入发泡体。
[0025] 图13描述光学无线对接系统的截面图，欲打开阖盖时，通过弹簧对胶囊装置施加 推力。
[0026] 图14描述光学无线对接系统的截面图，将弹性膜用于在欲打开阖盖时，于胶囊装 置上提供水密特征及推力。
[0027] 图15描述另类光学无线对接系统的截面图，具有弹性膜，在欲打开阖盖时，于胶 囊装置上提供水密特征及推力。

【具体实施方式】
[0028] 将轻易理解的是，大体上如本文图式所述及所示，可用各式各样不同的组态，设置 且设计本发明的组件。如此，如图所示，底下本发明系统及方法具体实施例更详细的说明意 图不在于限制本发明的范围，如所主张的权利要求所述，而只是表示本发明选择的具体实 施例。整篇说明书对于「一个具体实施例」、「一具体实施例」或类似用语的参照，意谓着可 将配合具体实施例所述的特定特征、结构或特性含括在本发明的至少一个具体实施例中。 如此，整篇说明书各处出现的词组「在一个具体实施例中」或「在一具体实施例中」不必然 全都指到相同的具体实施例。
[0029] 再者，可在一或多个具体实施例中以任何适宜的方式将所述特征、结构或特性结 合。然而，所属领域技术熟练者将辨认的是，无需特定细节的一或多个，或利用其他方法、组 件等即可实作本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明的方面，未详细显示或说明众所 周知的结构或操作。通过参照图示，将最佳理解本发明的例示具体实施例，其中相称的部件 在全文中以相称的元件符号表示。底下的说明目的仅在于例示，并且单纯地描述特定选择 的设备及方法具体实施例，其与本发明如本文权利要求书所述者一致。
[0030] 为了克服现有对接系统的缺点，本文根据本发明揭露光学无线对接系统。无线对 接系统因无需打开或精准对齐胶囊而引人注目。胶囊相机离开肛门后，里面的电池有可能 已耗尽电力或几乎耗尽电力。因此，必须通过例如磁感应，从胶囊外侧供应电力。还有，必 须通过例如光学或无线电手段，以无线方式传送资料。
[0031] 在一个具体实施例中，根据本发明，对接系统利用感应供电及光学传输。虽然如 此，也可将无线电传输用于实现本发明。可考虑纳入胶囊内有限空间中的很小的光学来 源。光学来源应能够支援快速资料传输。储存在胶囊相机中的资料量可多如500Mbytes， 并且资料大小将连同高解析度需求的趋势持续成长。若有支援IMbps (每秒百万位数）传 输速度，则在考量资料传输协定管理负担的情况下，读出500Mbytes的资料可用到大约100 分钟。因此，较佳是选择能支援较高资料率的光学来源。在一实施例中，光学来源能为目 标位速率等于IOMbps的直接调变型LED或垂直腔面射型雷射二极体（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode, VCSEL)〇
[0032] 例示性系统架构示于图1，LED 116是当作光源，并且光电二极体（Photo Diode， PD)是当作接收器。控制电路115是示于胶囊相机110内。控制电路115将读取归档存储 器（图未示）中储存的资料，并且处理所提取的资料，以便通过光源116将资料适当传送。 光源116射出的光线将行经胶囊相机的透明窗（图未明示）。来自光源116的光线将由光 接收装置接收，如：对接系统120处的光电二极体125。接收信号将由放大器126适当放大。 接着通过接收器电路127处理放大的信号，资料及时脉将复原。能将复原的资料储存于媒 体，如：随身碟或电脑硬碟。或者，可为了进一步处理或检视，将复原的资料提供至工作站或 显不站。
[0033] 出自控制电路115的输出缓冲器将为光源116提供所需的电力。例如，可提供2mA 的电流，其应适用于驱动LED或VCSEL任一个。LED波长可为近红外光（NIR)，例如：830nm。 其他LED波长也可用于实现本发明。串联电阻117以3V的驱动电压产生正确的驱动电流。 能达到IOMbps或更大的位速率。
[0034] 接收器由光电二极体125、转阻放大器126、以及资料/时脉复原模组127所组成。 此模组能用限幅放大器及PLL来实现。然而，此功能可通过将波形取样，以及将DSP用于复 原资料与时脉，以数字方式进行。使用UART可能排除对时脉复原的需求。可将介面协定用 于大约IOMbps频率范围的预定运作。也可使用其他标准数字资料介面。在图1中，光连结 是表示成介于胶囊装置与对接装置之间的无线连结，射频（RF)连结也可当作无线连结。
[0035] 感应耦合仰赖胶囊外的初级线圈与胶囊内的次级线圈的互感。初级是通过正弦电 压予以驱动，次级信号是经整流以产生直流（DC)电压。例示性系统架构示于图1。本系统 包含胶囊相机110以及对接系统120。感应电力是透过耦合线圈122及111，予以从对接 系统120供应至胶囊相机110。对接系统侧的线圈122称为初级侧，并且胶囊相机侧的线 圈111称为次级侧。信号源121于初级侧，将驱动信号提供至初级线圈122。尽管所示为 正弦驱动信号，也可使用其他交流信号，如：方波或三角波。可通过放大器123,将出自信号 源121的驱动信号放大。可将产生交流电流的各种其他已知手段用于驱动初级。将跨越 初级线圈122的电压命名为初级电压VI，并且将跨越次级线圈111的电压命名为次级电压 V2。所属领域众所周知的是，能将在次级侧感应的交流电压转换成直流电压，交由胶囊相机 内的电路使用。通常是将整流器用于将交流（AC)电转换成直流电。图1显示两个整流器 112a及112b，视胶囊相机的需要，提供不同的直流输出。再者，能将胶囊装置中的电路配置 成在胶囊装置于对接装置中对接时，将胶囊装置内的可再充电电池充电。例如，电池118可 为可再充电电池，并且能通过出自整流器112a的电压输出予以充电。取决于胶囊相机的设 计，可能需要更多或更少的电压输出。也可将整流器整合到封装或模组内。整流器后可接 简易的稳压器（如：Zenor二极体电路或其他电压控制电路），用以在次级电压下允许较大 的可变性及稳定性。另外，整流器可包括具有格雷因纳契氏（Greinacher)或柯克劳夫-沃 耳吞（Cockcroft-Walton)电路的电压倍增。组件经选择而将体积最小化，以便得以纳入胶 囊相机内可用的有限空间。倍压器允许使用更小且更轻的次级线圈，但需要另外的二极体 及电容器。
[0036] 次级对初级电压的比率为：

【权利要求】
1. 一种胶囊内窥镜系统，其包含： 胶囊装置，其中该胶囊装置包含： 归档存储器，该归档存储器储存身体管腔内通过该胶囊装置撷取的第一资料； 无线传送器，该无线传送器传送该第一资料； 次级线圈；以及 胶囊外壳，其中该归档存储器、该无线传送器以及该次级线圈是密封于该胶囊外壳中； 以及 对接装置，该对接装置用于从该胶囊装置接收该第一资料，其中该对接装置包含： 初级线圈，该初级线圈产生交流磁场，其中该磁场耦合至该次级线圈，用以在该对接装 置中对接该胶囊装置时，以无线方式将电力供应至该胶囊装置；以及 无线接收器，该无线接收器从该胶囊装置接收该第一资料。
2. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该对接装置更包含用以保留该胶囊装 置的容器，并且该容器保留该胶囊装置一纵向端的至少一部分呈透明，以允许光线从该胶 囊装置射出而通过。
3. 根据权利要求2所述的胶囊内窥镜系统，其中该容器包含锥形内面，并且该锥形内 面与该胶囊装置的该一纵向端的曲面紧密配合，用以将该胶囊装置的纵轴与该对接装置的 光学接收器对齐。
4. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该初级线圈的轴交截该次级线圈。
5. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该胶囊装置的至少一部分位于该初级 线圈的外侧。
6. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该电力是用于将电池充电，或操作该 胶囊外壳内的该无线传送器。
7. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该无线传送器对应于射频传送器，并 且该无线接收器对应于射频接收器。
8. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该无线传送器对应于含第一调变光源 的第一光学传送器，并且该无线接收器对应于第一光学接收器。
9. 根据权利要求8所述的胶囊内窥镜系统，其中该对接装置包含正屈光力的透镜，用 以使来自该第一调变光源的调变光的散度降低。
10. 根据权利要求8所述的胶囊内窥镜系统，其中该胶囊装置的纵轴通过该第一调变 光源。
11. 根据权利要求8所述的胶囊内窥镜系统，其更包含在该对接装置中具有第二调变 光源的第二光学传送器，以及位于该胶囊装置中用于接收传送自该第二光学传送器的第二 资料的第二光学接收器。
12. 根据权利要求11所述的胶囊内窥镜系统，其中该第二光学传送器及该第一光学接 收器经由光纤耦合，用以分别将该第二资料传送至该胶囊装置以及从该胶囊装置接收该第 一资料。
13. 根据权利要求11所述的胶囊内窥镜系统，其中该胶囊装置经由该第二光学接收 器，从该对接装置接收信号，用以开始该第一资料的资料转送。
14. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，该对接装置在该胶囊装置于该对接装置 中对接时，在该胶囊装置外侧包含主核，并且该主核含有与该初级线圈有关的磁通量的至 少一部分，其中该主核含有铁磁或亚铁磁材料。
15. 根据权利要求14所述的胶囊内窥镜系统，其中该主核配置成壳层，并且该初级线 圈由该壳层予以封闭。
16. 根据权利要求15所述的胶囊内窥镜系统，其中在将该胶囊装置于该对接装置中对 接时，透过该壳层的开口，将该胶囊装置置入该壳层。
17. 根据权利要求16所述的胶囊内窥镜系统，其中该胶囊装置穿入该壳层的内面，或 部分穿入该壳层的该内面。
18. 根据权利要求17所述的胶囊内窥镜系统，其中该胶囊装置在该胶囊外壳内包含电 池，并且该胶囊装置部分穿透该壳层的该内面，使得所述电池在将该胶囊装置于该对接装 置中对接时，非通过该壳层的该内面予以封闭。
19. 根据权利要求15所述的胶囊内窥镜系统，其中该无线传送器是包含调变光源的 光学传送器，并且该调变光源将调变光通过该壳层中的开口射至该对接装置中的光学接收 器。
20. 根据权利要求19所述的胶囊内窥镜系统，其中该对接装置包括进入该壳层中的该 开口内的光导管，并且该调变光从该调变光源通过该光导管至该光学接收器。
21. 根据权利要求20所述的胶囊内窥镜系统，其中该光导管为光纤。
22. 根据权利要求21所述的胶囊内窥镜系统，其中该光导管具有反射面。
23. 根据权利要求15所述的胶囊内窥镜系统，其中该主核包括柱体，并且该柱体的轴 通过该次级线圈。
24. 根据权利要求23所述的胶囊内窥镜系统，其中该柱体具有穿过该柱体的穿孔，并 且来自该胶囊装置中的光学传送器的光线通过该穿孔至该对接装置中的光学接收器。
25. 根据权利要求14所述的胶囊内窥镜系统，其中该主核对应于具有间隙的环状核， 该初级线圈缠绕该环状核缠绕至少一区段，并且该胶囊装置在该胶囊装置于该对接装置中 对接时置于该间隙中。
26. 根据权利要求25所述的胶囊内窥镜系统，其中该次级线圈位于该间隙中。
27. 根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该胶囊装置更包含位于该胶囊外壳 内的电池和切换器，其中该切换器耦合于该胶囊外壳内的所述电池与电子电路之间，并且 该切换器能通过该胶囊装置外的磁铁操作，以将所述电池从所述电子电路切断。
28. 根据权利要求27所述的胶囊内窥镜系统，其更包含铰接盖或可移除盖，其中该磁 铁接附于该铰接盖或该可移除盖，并且该磁铁配置成在该胶囊装置于该对接装置中对接， 而该铰接盖或该可移除盖闭合时，令所述电池从所述电子电路切断。
29. 根据权利要求28所述的胶囊内窥镜系统，其更包含连接该磁铁及该盖或可移除盖 的弹簧，其中该胶囊推挤该磁铁并且压缩该弹簧。
30. 根据权利要求28所述的胶囊内窥镜系统，其中该铰接盖或该可移除盖包含在欲打 开该铰接盖或该可移除盖时，用以在该胶囊装置上施加推力，以防该胶囊装置被该磁铁拾 取的推送手段。
31. 根据权利要求30所述的胶囊内窥镜系统，其中该推送手段对应于簧压式柱塞或弹 性膜。
32.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其中该胶囊装置更包含处理器及相关程 式码，其中该处理器周期性轮询来自该对接装置的控制信号，并且管理回应该控制信号的 该第一资料的传输。
【文档编号】A61B1/04GK104363818SQ201380026186
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2012年5月19日
【发明者】戈登·威尔逊, 骆稼夫, 王康怀, 李崇大 申请人:戈登·威尔逊, 骆稼夫, 王康怀, 李崇大, 卡普索影像公司