專利名稱：雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種通過進(jìn)入胃腸道進(jìn)行觀察的雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡。
技術(shù)背景2001年通過鑒定美國FDA認(rèn)證的以色列GI公司的M2A膠囊內(nèi)窺鏡采用單工方式工作，即當(dāng)膠囊內(nèi)鏡的電源接通，M2A膠囊內(nèi)鏡就以一定的采樣頻率拍照，并且將圖像數(shù)據(jù)無線發(fā)射出去。以色列GI公司的M2A膠囊內(nèi)鏡采用單工方式工作，雖然具有使用簡便的優(yōu)點，但是由于不能實時調(diào)整膠囊內(nèi)鏡的采樣頻率，不能實現(xiàn)一顆膠囊內(nèi)鏡對全消化道的有效檢查。因此GI公司專門開發(fā)了針對食道檢查用的ESO型膠囊內(nèi)鏡，用14幀每秒的采樣頻率只針對食道進(jìn)行檢查。日本NORIKA射頻公司目前正在開發(fā)的無線供電雙工方式膠囊內(nèi)鏡，盡管采用了雙工工作方式，但是在整個檢查過程中，醫(yī)生必須手持遙控裝置，對膠囊內(nèi)鏡的姿態(tài)進(jìn)行控制，其使用方法十分復(fù)雜，醫(yī)生和患者都很不方便。200410021933.5專利申請公開了一種由無線電內(nèi)窺膠囊和便攜式圖像記錄儀以及計算機(jī)醫(yī)用工作站構(gòu)成的醫(yī)用無線電膠囊式內(nèi)窺系統(tǒng)，可以實現(xiàn)無線電內(nèi)窺膠囊和便攜式圖像記錄儀之間的雙工通訊。但是在使用時可能存在的問題是會受到外部無線設(shè)備的干擾或當(dāng)多個系統(tǒng)同時使用時會產(chǎn)生相互干擾，使系統(tǒng)在使用上受到空間的限制；由于所述原因，對系統(tǒng)使用的環(huán)境要求很高，增加了使用成本。由于所有的控制都必須在所述的計算機(jī)醫(yī)用工作站上完成，對于現(xiàn)場實時觀察圖像即對內(nèi)窺膠囊進(jìn)行實時控制存在諸多的不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡，它不但能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場實時觀察圖像和對內(nèi)窺膠囊進(jìn)行實時控制，還能在復(fù)雜的環(huán)境中使用，既不會受其它無線設(shè)備的干擾，可以多個系統(tǒng)同時使用。由于可以減少計算機(jī)醫(yī)用工作站的數(shù)量，便于集中管理并降低了系統(tǒng)的成本，并且使用靈活方便。
本實用新型的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，即一種雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡、圖像記錄和智能膠囊控制儀，所述智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡包括與殼體連接的光學(xué)透明前蓋、安裝在殼體內(nèi)的LED照明陣列、光學(xué)部分、照相模塊、磁控電源開關(guān)模塊、射頻收發(fā)模塊、微處理器、天線及電池；所述圖像記錄和智能膠囊控制儀包括收發(fā)天線陣、無線電收發(fā)模塊、微處理器及與其總線連接的存儲器；其特征是所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的微處理器外接控制鍵盤或顯示屏，或通過串行接口RS232或USB與個人數(shù)字助理PDA的對應(yīng)端口連接；所述像記錄和智能膠囊控制儀中的無線電收發(fā)模塊與智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡中的射頻收發(fā)模塊之間通過雙工多通道的方式通信。
本實用新型由于所述結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的技術(shù)效果是非常明顯的，即智能膠囊由于體積小，重量輕，患者服用后無恐懼感；在檢查期間不影響行走和日常活動；操作簡單；不需要住院；無操作引致的并發(fā)癥；可實現(xiàn)全消化道檢查、圖像資料可供醫(yī)生反復(fù)復(fù)習(xí)分析。特別是所述系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場實時觀察圖像和對內(nèi)窺膠囊進(jìn)行實時控制，還能在復(fù)雜的環(huán)境中使用，既不會受其它無線設(shè)備的干擾，可以多個系統(tǒng)同時使用。由于可以減少計算機(jī)醫(yī)用工作站的數(shù)量，便于集中管理并降低了系統(tǒng)的成本，并且使用靈活方便；由于可以實現(xiàn)立體成像，因而能夠獲得消化道內(nèi)突起部分的具有立體感的圖象，提高了對病灶的檢出率。


本實用新型有如下附圖本實用新型可以通過附圖給出的非限定性的實施例進(jìn)一步說明。
附圖1是智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；附圖2是智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡實施例電路原理圖；附圖3為智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡照相模塊電路原理圖；附圖4是智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡的磁開關(guān)電路原理圖。
附圖5為智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡射頻收發(fā)模塊實施例的電路原理圖；附圖6為智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的工作原理圖；附圖7為圖像記錄和智能膠囊控制儀實施例的原理圖；附圖8為立體成像的智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡實施例的前視圖；附圖9為立體成像的智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡實施例的電路原理圖。
附圖10為遠(yuǎn)程通信方案實施例的原理圖。
附圖1中1-腸道、2-透明光學(xué)前蓋、3-LED照明陣列、4-光學(xué)鏡頭、5-圖像傳感器、6-微處理器MCU、7-電池、8-磁控開關(guān)模塊、9-射頻收發(fā)模塊I、10-天線、11A-溫度傳感器、11B壓力傳感器、12-殼體。
具體實施方式
參見附圖1～3，實施例中上述智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡包括光學(xué)部分和照相模塊，每個照相模塊包括圖像傳感器、彩色處理器、實時圖像壓縮編碼器和接口電路；其中圖像傳感器將信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后將信號連接至彩色處理器進(jìn)行顏色處理，經(jīng)過圖像壓縮編碼器壓縮后由接口電路的UART或12C端口與微處理器及射頻收發(fā)模塊連接，由射頻收發(fā)模塊通過天線向體外發(fā)送信息，并通過射頻收發(fā)模塊接收控制指令并由圖像記錄和智能膠囊控制儀下載工作程序，并通過微處理器對接受的指令進(jìn)行處理后由I/O口連接LED照明陣列、圖象傳感器及射頻收發(fā)模塊的工作方式及工作狀態(tài)控制端。
參見附圖2，在智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡殼體內(nèi)安裝有溫度傳感器11A和壓力傳感器11B，其中壓力傳感器緊貼殼體12的內(nèi)壁安裝，它們的輸出端與微處理器MCU的I/O口連接。
附圖中光學(xué)部分包括遮光罩、紅外及紅光過濾膜、微透鏡和鏡頭架，參見附圖3，所述照相模塊包括圖象傳感器、彩色處理器、圖像壓縮編碼器、接口電路；圖像傳感器完成將外部的景物通過圖像陣列成像，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換；并將數(shù)字信號送入圖像彩色處理器通完成重構(gòu)和較正算法，將其轉(zhuǎn)換成RGB或YUYV數(shù)據(jù)；圖像壓縮編碼器可將YUV4:2:2數(shù)據(jù)壓縮成JPEG數(shù)據(jù)，并保存在其中的RAM內(nèi)；接口電路包括UART和I2C兩種接口，可將內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)通過協(xié)議傳送，也可接收必須的控制及配置數(shù)據(jù)。
在實施例中圖像傳感器可以采用CMOS或者CCD圖像傳感器，圖像彩色處理器可以采用ST生產(chǎn)的VS6552器件實現(xiàn)，實時圖像壓縮編碼器可以是STV0676或者是ASIC，微處理器MCU可以采用MSP340系列芯片核心構(gòu)成；射頻收發(fā)模塊可以采用MK70110或者射頻ASIC。所述彩色處理器可以由封裝在微處理器中的軟件實現(xiàn)。
參見附圖3，微處理器MCU通過接口電路(CY7C8013)的UART或I2C兩種接口與照相模塊連接，照相模塊在微處理器的控制下分時工作，當(dāng)微處理器發(fā)出照相指令時，LED照明陣列處于工作狀態(tài)，將被攝物體充分照明，照相模塊同時處于工作狀態(tài)，而其它部分處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)完成拍照過程后，微處理器檢測到照相模塊的工作狀態(tài)后，發(fā)出指令使圖象傳感器處于待機(jī)狀態(tài)，彩色處理器處于工作狀態(tài)，當(dāng)彩色處理器完成彩色處理后，微處理器再次發(fā)出指令使圖像壓縮編碼器處于工作狀態(tài)，而其他部分處于待機(jī)狀態(tài)，完成對圖象壓縮編碼后即完成一個拍照周期。
參見附圖4，膠囊1在使用之前，首先需要完成智能膠囊1上電時與圖像記錄和智能膠囊控制儀2的數(shù)據(jù)交換。智能膠囊1的上電過程是指移去控制磁開關(guān)的磁體，使智能膠囊1中的磁開關(guān)模塊處于接通狀態(tài)。
本實用新型智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡中的磁控電源開關(guān)模塊包括磁控開關(guān)S1、場效應(yīng)管Q1，當(dāng)S1閉合時，VGS為0小于場效應(yīng)管的開啟閾值電壓，故場效應(yīng)管Q1處于關(guān)閉狀態(tài)，場效應(yīng)管Q1隔斷電池與負(fù)載電路間的通路，電池不能為負(fù)載電路供電；反之，VGS為電池電壓大于場效應(yīng)管的開啟閾值電壓，故場效應(yīng)管Q1處于開啟狀態(tài)，電池通過場效應(yīng)管Q1與負(fù)載電路接通，電池為負(fù)載電路供電。因此，當(dāng)磁控開關(guān)S1處于磁場中時為斷開狀態(tài)，移開磁體，磁控開關(guān)便處于接通狀態(tài)。
附圖5是射頻收發(fā)模塊的原理，當(dāng)收發(fā)模塊處于接收狀態(tài)時，從照相模塊輸入的數(shù)字信號，經(jīng)過高斯頻移鍵控調(diào)制(GFSK)，由MCU加入地址和CRC校驗，進(jìn)入功率放大器(PA)，再經(jīng)由天線發(fā)射出去；當(dāng)收發(fā)模塊處于接收狀態(tài)時，從天線接收的信號，首先經(jīng)低頻噪聲放大器(LNA)放大，再由解調(diào)器將圖像等數(shù)據(jù)解調(diào)出來，MCU從該數(shù)據(jù)中讀出其中的地址信息和圖像數(shù)據(jù)。
參見附圖6，為智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的工作原理圖，智能膠囊1在使用之前，首先需要完成智能膠囊1上電時與便攜式圖像記錄儀2的數(shù)據(jù)交換。智能膠囊1的上電過程是指移去控制磁開關(guān)的磁體，使智能膠囊1中的磁開關(guān)模塊處于接通狀態(tài)。
被查人員服入智能膠囊，智能膠囊進(jìn)入人體后，智能膠囊中的照相模塊就在其微處理器MCU的控制下，按照從圖像記錄和智能膠囊控制儀下載的程序，將人體胃腸消化道，尤其是小腸內(nèi)壁的圖像、溫度和壓力等數(shù)據(jù)，以設(shè)定的采樣速率，通過智能膠囊的射頻收發(fā)模塊發(fā)射到被查人員所佩帶的圖像記錄儀中，圖像記錄儀在確保接收數(shù)據(jù)正確后，將數(shù)據(jù)寫入其中的CF存儲卡中，通過存儲介質(zhì)閱讀器將CF存儲卡中存儲的數(shù)據(jù)讀入智能膠囊影像工作站中，進(jìn)一步進(jìn)行處理顯示和分析。其中，CF存儲卡通過插座，以總線方式與圖像記錄儀的微處理器連接。
智能膠囊影像工作站是由一臺具有RS232和USB接口的采用Intel公司生產(chǎn)的Pentium IV中央處理器和Microsoft公司的Windows操作系統(tǒng)的計算機(jī)平臺上安裝采用C/C++語言開發(fā)的智能膠囊影像工作站，對智能膠囊拍攝的圖片進(jìn)行瀏覽、分析、存儲，以及通過RS232和USB線纜或無線雙工多通道方式對圖像記錄和智能膠囊控制儀發(fā)出控制指令完成對智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡的控制。
參見附圖7，所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的微處理器通過串行接口RS232或USB與個人數(shù)字助理PDA或計算機(jī)影像工作站的對應(yīng)端口連接；所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的無線電收發(fā)模塊與智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡中的射頻收發(fā)模塊之間通過雙工多通道的方式通信。
由于射頻收發(fā)模塊具有多個通信信道，當(dāng)智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在工作中受到干擾時，智能膠囊與圖像記錄和控制儀可以自動進(jìn)行通信信道選擇。
本實用新型中的射頻收發(fā)模塊的多通道工作方法是指當(dāng)智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在工作中受到干擾時，比如，當(dāng)兩套或者多套智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)同時工作時；或者，智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)受到其他無線設(shè)備的干擾時，智能膠囊智能膠囊與圖像記錄和控制儀可以自動進(jìn)行通信信道選擇，也就是說，智能膠囊與圖像記錄和控制儀之間采用跳頻方式工作。具體來講，智能膠囊在每次與圖像記錄和控制儀通信前都有一個握手過程，首先圖像記錄和控制儀發(fā)出握手信令，如果智能膠囊能夠準(zhǔn)確無誤地接收到該握手信令，表明該通道的良好，智能膠囊將會使用該信道向圖像記錄和控制儀發(fā)射數(shù)據(jù)；反之，如果智能膠囊不能準(zhǔn)確無誤地接收圖像記錄和控制儀發(fā)出的握手信令，那么表明該通信信道不好，智能膠囊就向圖像記錄和控制儀發(fā)出信令要求圖像記錄和控制儀改變通信信道，即要求改變載波頻率，圖像記錄和控制儀在改變了載波頻率后再次向智能膠囊發(fā)出握手信令，直到智能膠囊能夠準(zhǔn)確無誤地接收到該握手信令，表明該通道是良好的，智能膠囊再使用該信道向圖像記錄和控制儀發(fā)射數(shù)據(jù)。
參見附圖8、9根據(jù)動物實現(xiàn)立體成像的原理，當(dāng)雙眼注視一物體時，物體同時在兩側(cè)視網(wǎng)膜上成像。若兩眼的眼位處于對稱狀態(tài)，此像即投照于兩側(cè)視網(wǎng)膜的對應(yīng)點上。兩側(cè)眼的視信號到達(dá)枕葉皮質(zhì)，經(jīng)過綜合處理，兩側(cè)視像即在意識中融合而成為一個像。由于物體發(fā)出的光，投照入兩眼瞳孔時，光束間存在著交角，遠(yuǎn)處點構(gòu)成的交角較小，近處點構(gòu)成的交角較大，兩眼的物像雖得到“融合”，實際上還是存有差別，視中樞即根據(jù)交角的大小和兩側(cè)眼傳送來的略有差別的像，得到立體感。
在附圖8、9給出的實施例中，所述的智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡內(nèi)包括一對光學(xué)部分和照相模塊。即智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡的立體圖像的攝取功能是通過在膠囊軸心的兩側(cè)安裝兩組照相模塊，物體通過兩組對稱的照相模塊成像，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，信號和顏色處理，經(jīng)過壓縮后由射頻收發(fā)模塊將兩組照相模塊拍攝的圖像發(fā)射出去；受檢者佩帶的圖像記錄和智能膠囊控制儀通過與之相連接的天線陣接收智能膠囊發(fā)射的數(shù)據(jù)，經(jīng)過解調(diào)提取出圖像數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)存儲在圖像記錄和智能膠囊控制儀中的外存儲器存儲卡中，影像工作站通過存儲卡讀出器將存儲卡中存儲的圖像數(shù)據(jù)讀入計算機(jī)的硬盤中，影像工作站軟件對智能膠囊的兩組照相模塊拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，得到三維立體圖像。
參見附圖10所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的微處理器通過串行接口RS232或USB與個人數(shù)字助理PDA的對應(yīng)端口連接；圖像記錄和智能膠囊控制儀使用PDA上網(wǎng)功能模塊可以通過GPRS、CDMA、GSM、WLAN技術(shù)及國際互聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)程計算機(jī)影像工作站連接；這樣受檢者可以在不影響日常工作、生活的情況下通過國際互聯(lián)網(wǎng)在遙遠(yuǎn)的醫(yī)生控制下進(jìn)行檢查。也可以直接通過USB接口與計算機(jī)影像工作站，
權(quán)利要求1.一種雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡、圖像記錄和智能膠囊控制儀，所述智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡包括與殼體連接的光學(xué)透明前蓋、安裝在殼體內(nèi)的LED照明陣列、光學(xué)部分、照相模塊、磁控電源開關(guān)模塊、射頻收發(fā)模塊、微處理器、天線及電池；所述圖像記錄和智能膠囊控制儀包括收發(fā)天線陣、無線電收發(fā)模塊、微處理器及與其總線連接的存儲器；其特征是所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的微處理器外接控制鍵盤或顯示屏，或通過串行接口RS232或USB與個人數(shù)字助理PDA的對應(yīng)端口連接；所述像記錄和智能膠囊控制儀中的無線電收發(fā)模塊與智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡中的射頻收發(fā)模塊之間通過雙工多通道的方式通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征是智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡包括光學(xué)部分和照相模塊，每個照相模塊包括圖像傳感器、彩色處理器、實時圖像壓縮編碼器和接口電路；其中圖像傳感器將信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后將信號連接至彩色處理器進(jìn)行顏色處理，經(jīng)過圖像壓縮編碼器壓縮后由接口電路的UART或I2C端口與微處理器連接射頻收發(fā)模塊連接，由射頻收發(fā)模塊通過天線向體外發(fā)送信息，并通過射頻收發(fā)模塊接收控制指令并由圖像記錄和智能膠囊控制儀下載工作程序，并通過微處理器對接受的指令進(jìn)行處理后由I/O口連接LED照明陣列、圖象傳感器及射頻收發(fā)模塊的工作方式及工作狀態(tài)控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征是所述的智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡內(nèi)包括一對光學(xué)部分和照相模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征是所述智能膠囊與圖像記錄和控制儀可以通過跳頻的方式自動進(jìn)行通信信道的選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征是所述雙工多通道通信的方式為由智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡內(nèi)的射頻收發(fā)模塊通過天線向外發(fā)送信息，并由該射頻收發(fā)模塊接收圖像記錄和智能膠囊控制儀的控制指令及下載工作程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征是所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的微處理器通過串行接口RS232或USB與個人數(shù)字助理PDA的對應(yīng)端口連接；圖像記錄和智能膠囊控制儀使用PDA上網(wǎng)功能模塊可以通過GPRS、CDMA、GSM、WLAN技術(shù)及國際互聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)程計算機(jī)影像工作站連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征是所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的微處理器通過串行接口RS232或USB與智能膠囊影像工作站對應(yīng)端口連接。
專利摘要本實用新型涉及的一種雙工多通道智能膠囊無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡、圖像記錄和智能膠囊控制儀，其特征是所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的微處理器外接控制鍵盤或顯示屏，或通過串行接口RS232或USB與個人數(shù)字助理PDA的對應(yīng)端口連接；所述圖像記錄和智能膠囊控制儀中的無線電收發(fā)模塊與智能膠囊消化道內(nèi)窺鏡中的射頻收發(fā)模塊之間通過雙工多通道的方式通信。所述系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場實時觀察圖像和對內(nèi)窺膠囊進(jìn)行實時控制，還能在復(fù)雜的環(huán)境中使用，既不會受其它無線設(shè)備的干擾，可以多個系統(tǒng)同時使用。由于可以減少計算機(jī)醫(yī)用工作站的數(shù)量，并且使用靈活方便；由于可以實現(xiàn)立體成像，提高了對病灶的檢出率。
文檔編號A61B1/00GK2766769SQ20052003318
公開日2006年3月29日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者王金山, 李向東 申請人:重慶金山科技(集團(tuán))有限公司