專利名稱：具有對周圍組織的可變照明的膠囊攝像機的制作方法
具有對周圍組織的可變照明的膠囊攝像機
本公開針對一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣的患病區(qū)域進行體內(nèi)成像和/或處置的可攝入膠囊以及一種使用這種可攝入膠囊的方法。
在現(xiàn)有技術中已經(jīng)公開了用于對哺乳動物(動物或人類)的胃腸道進
行成像的可攝入膠囊或醫(yī)療設備，該現(xiàn)有技術例如，美國專利Nos5,604，531; 6,855,111;和6，950，690;美國專利申請2006/0082648 (2006年4月20日公布)；2005/0137468(2005年6月23日公布)；2005/0002945(2005年1月6日公布)；和2006/0100486 (2006年5月11日公布)；和PCT公開WO2004/051323 (2004年6月17日公布)；WO2002/306007 (2002年5月10日公布)；和WO 2002/058531 (2002年8月1日公布)。
典型地，膠囊攝像機適用于在其被攝入之后在患者體內(nèi)進行體內(nèi)成像，拍攝例如胃腸道的圖像場景。常規(guī)的膠囊攝像機(見

圖1)具有尺寸小于5cmX3cm的防水透明外部殼體30，從而使得膠囊不能被患者很容易地消化。透鏡系統(tǒng)32位于膠囊殼體30的內(nèi)部，并且位于例如電荷耦合器件(CCD)或互補金屬-氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的成像傳感器34的前方，以便提供成像場景到該傳感器上。透鏡32可以是單個元件透鏡系統(tǒng)或多個元件透鏡系統(tǒng)，并且可以包括聚焦和/或變焦功能。兩個光源36、38 (例如，激光或發(fā)光二極管(LED))與透鏡32相鄰，以將光線投射到周圍的成像區(qū)域上。膠囊還典型地包括控制單元40，控制單元40包括圖像存儲器和/或將圖像發(fā)送到外部拾取設備的圖像發(fā)送裝置，諸如微波發(fā)射機。通常也提供諸如電池或磁線圈組的動力源42?？衫么判盘栐谕獠框寗觿恿υ?2以產(chǎn)生電力。此膠囊攝像機模塊因此能夠在緊湊、低功耗且輕型的模塊中提供連續(xù)成像功能。
在WO 2004/051323中，將可變透鏡系統(tǒng)描述為放置在傳感器的前方，從而允許緊湊、低功耗且輕型的模塊中的可變聚焦/變焦和/或可變定向的成像功能。此公開只解決了成像功能，允許在一些情況下對胃腸道疾病進行診斷。并未解決利用光對這些疾病進行進一步檢查或處置.為了允許利用光進行光學處置，則必須識別要被處置的區(qū)域，而且， 一旦識別了要被處置的區(qū)域，就必須在膠囊向前移動時將光束聚焦到此區(qū)域上并且保持聚焦一段時間。
利用光學方法對某個感興趣區(qū)域進行進一步檢查，需要在膠囊向前移動時將聚焦的光束瞄準感興趣區(qū)域，這時出現(xiàn)了另一問題。根據(jù)所提到的現(xiàn)有技術設備，由于光束為寬場照明束，則聚焦的檢査是不可能的。
盡管已作出了努力，到目前為止，仍然需要這樣的可攝入設備和/或可攝入系統(tǒng)，它們促進為處置或進一步檢査而在期望的體內(nèi)位置(例如所識別的病灶)上對光束進行有效聚焦。此外，仍然需要促進與膠囊攝像機結合的體內(nèi)光聚焦和/或束導向的裝置和/或系統(tǒng)。
通過本公開的設備、系統(tǒng)和方法滿足了這些需要及其他需要。根據(jù)本公開，公開了用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的患病組織進行體內(nèi)成像和/或處置的可攝入膠囊和方法。該膠囊包括圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將圖像聚焦到圖像傳感器上；至少一個光源，并且優(yōu)選為第一光源和第二光源，用于對感興趣組織區(qū)域進行照明，第二光源任選地能夠向患病區(qū)域提供光療法處置；可變透鏡系統(tǒng)，其位于第一光源的前方，其中，可變透鏡系統(tǒng)包括用于將來自第一光源的光束定向并聚焦到患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與圖像傳感器、第一光源和第二光源以及可變透鏡系統(tǒng)相通信，控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像發(fā)送裝置；其中，控制單元使在膠囊通過所述胃腸道行進時從圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對可變透鏡系統(tǒng)的束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自第一光源的光束被定向并聚焦到患病組織區(qū)域上；動力源，其用于向圖像傳感器、第一光源和第二光源以及控制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過胃腸道，并在其內(nèi)部容納圖像傳感器、透鏡系統(tǒng)、第一和第二光源、可變透鏡系統(tǒng)、控制單元以及動力源。
具體地，本發(fā)明的目的在于提供一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的
9一個或多個感興趣的患病組織區(qū)域進行體內(nèi)成像和/或處置的可攝入膠囊，所述膠囊包括
圖像傳感器；
透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上；
至少一個光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明；其中，所述至少一個光源任選地能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置；
可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述至少一個光源的前方，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述至少一個光源的光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；
控制單元，其與所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道行進時從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變透鏡系統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述至少一個光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；
動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述控制單元提供動力；以及
非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道，并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述至少一個光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源。另一 目的在于提供一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣的患病組織區(qū)域進行體內(nèi)成像和/或處置的可攝入膠囊，所述膠囊包括:
圖像傳感器；
透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上；一
第一光源和第二光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明；其中，所述第二光源任選地能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置;
可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述第一光源的前方，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述第一光源的光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；
控制單元，其與所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所述可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝
置和圖像發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸 道行進時從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可 變透鏡系統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所 述第一光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；
動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以 及所述控制單元提供動力；以及
非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道, 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述第一光源和第
二光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源。 另一目的在于提供一種膠囊，其中，所述第一光源和第二光源每個都 為激光器。
另一目的在于提供一種膠囊，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括液體透鏡 系統(tǒng)。
另一 目的在于提供一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感 興趣組織區(qū)域進行體內(nèi)成像的方法，其包括 攝入一膠囊，所述膠囊包括 圖像傳感器；
透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上；
至少一個光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明；其中， 所述至少一個光源任選地能夠向患病組織區(qū)域提供光療法處置；
可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述至少一個光源的前方，其中，所述可變 透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述至少一個光源的光束定向并聚焦到所述 患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；
控制單元，其與所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述可變 透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像 發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道行進時 從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變透鏡系 統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述至少一 個光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；
11動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述控
制單元提供動力；以及
非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道, 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述至少一個光源、
所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源；
將來自所述控制單元的所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至外部圖像接收和査看單 元，并且査看所述圖像數(shù)據(jù)。
另一目的在于提供一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感 興趣組織區(qū)域進行體內(nèi)成像的方法，其包括
攝入一膠囊，所述膠囊包括 圖像傳感器；
透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上；
第一光源和第二光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明； 其中，所述第二光源任選地能夠向患病組織區(qū)域提供光療法處置；
可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述第一光源的前方，其中，所述可變透鏡 系統(tǒng)包括用于將來自所述第一光源的光束定向并聚焦到所述患病組織 區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；
控制單元，其與所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所 述可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置 和圖像發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道 行進時從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變 透鏡系統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述 第一光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；
動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及 所述控制單元提供動力；以及
非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道， 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述第一光源和第 二光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源； 將來自所述控制單元的所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至外部圖像接收和查看單 元，并且查看所述圖像數(shù)據(jù)。
12另一 目的在于提供一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感 興趣的患病組織區(qū)域進行體內(nèi)處置的方法，其包括
將熒光標記劑攝入所述胃腸道，該熒光標記劑將僅化學結合至所述患
病組織區(qū)域，并且使得所述患病組織區(qū)域在受到光源刺激時發(fā)射熒光光束; 此后攝入一膠囊，所述膠囊包括 圖像傳感器；
透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上； 至少一個光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明；其中，
所述至少一個光源為能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置的激光
器；
可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述至少一個光源的前方，其中，所述可變 透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述至少一個光源的光束定向并聚焦到所述 患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；
控制單元，其與所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述可變 透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像 發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道行進時 從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變透鏡系 統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述至少一 個光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；
動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述控 制單元提供動力；以及
非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道，
并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述至少一個光源、
所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源；
使得所述至少一個光源照明并激發(fā)已結合了熒光劑的所述患病組織區(qū)
域向所述透鏡系統(tǒng)、所述圖像傳感器和所述控制單元發(fā)送熒光圖像；其中，
所述控制單元對所述可變透鏡聚焦裝置和束導向裝置進行控制，以確保所 述至少一個光源對所述患病區(qū)域的照明；以及
使得所述至少一個光源對所述患病區(qū)域進行光處置。 另一目的在于提供一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣的患病組織區(qū)域進行體內(nèi)處置的方法，其包括
將熒光標記劑攝入所述胃腸道，該熒光標記劑將僅化學結合至所述患
病組織區(qū)域，并且使得所述患病組織區(qū)域在受到光源刺激時發(fā)射熒光光束；
此后攝入一膠囊，所述膠囊包括 圖像傳感器；
透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上； 第一光源和第二光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明；
其中，所述第二光源為能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置的激
光器；
可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述第一光源的前方，其中，所述可變透鏡 系統(tǒng)包括用于將來自所述第一光源的光束定向并聚焦到所述患病組織 區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；
控制單元，其與所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所 述可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置 和圖像發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道 行進時從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變 透鏡系統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述 第一光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；
動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及 所述控制單元提供動力；以及
非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道， 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述第一光源和第
二光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源； 使得所述第一光源照明并激發(fā)已結合了熒光劑的所述患病組織區(qū)域向 所述透鏡系統(tǒng)、所述圖像傳感器和所述控制單元發(fā)送熒光圖像；其中，所 述控制單元對所述可變透鏡聚焦裝置和束導向裝置進行控制，以確保所述 第一光源對所述患病區(qū)域的照明；以及
使得所述第二光源對所述患病區(qū)域進行光處置。
另一目的在于提供一種方法，其中，所述第一光源和第二光源每個都 為激光器。另一目的在于提供一種方法，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括液體透鏡 系統(tǒng)。
另一目的在于提供一種方法，其中，所述處置包括對病灶或腫瘤的 熱消融；或者對出血血管或出血腫瘤的凝血。
通過參照下列實施例并參照附圖對本發(fā)明的這些方面及其他方面進行 更詳細的解釋。
圖1為常規(guī)的膠囊攝像機的概念表示；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的膠囊攝像機的概念表示；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的具有共聚焦顯微鏡成像的膠囊攝像機的概念表示;
圖4為根據(jù)本發(fā)明的具有擴散光學成像功能的膠囊攝像機的概念表示;圖5為基于基本光纖的光學相干斷層攝影(OCT)原理圖的概念表示;
圖6為基于結合具有簡單聚焦機構(自聚焦透鏡型)的光學傳輸系統(tǒng) (光纖)的光纖光學型設備的小型化導管型探頭(直徑約2mm)(根據(jù)Optics Letters22， 2261 (2004))的原理圖。
為了克服與在先公開的醫(yī)療設備和可攝入膠囊相關的問題，在此公開 的可攝入膠囊和方法利用放置于光源前方的可變透鏡，例如液體透鏡。該 液體透鏡已在WO 2003/069381中詳細討論過。為了允許束導向，同樣必須 將附加的電極用于WO 2004/051323 (以全文引用的方式將其合并于此)中 所描述的液體透鏡的外部上。雖然利用能夠實現(xiàn)光束的聚焦和束導向的液 體，但是如何將焦斑保持在要被處置或進一步檢査的組織區(qū)域上的問題仍 然沒有得到解決。為了解決此問題，我們利用與照明設備38相結合的攝像 機系統(tǒng)，其包括32和34。當接通38時，攝像機拍攝圖像，圖像處理單元 40 (見圖2)可從該圖像識別感興趣區(qū)域。在拍攝完此圖像后不久，切斷第 一光源38，并且以低強度的光水平開啟用于處置或進一步診斷的第二光源 36。盡管在此將光源38和36描述為單獨的光源，它們也可以是具有多重 功能(例如，用于照明、用于處置等)的一個單一光源。同樣，它們可以 是多于兩個光源，例如三個、四個或者更多?？梢允估迷?6的圖像傳感 器上的此光斑的圖像與利用源38的來自第一圖像的感興趣區(qū)域的圖像相關聯(lián)。 一個附加的應用為，雖然膠囊已發(fā)生移動，攝像機所拍攝的兩個圖像 也口丄以應用于對深度信息的立體攝影測量計算。這已被公開并且應用于內(nèi) 窺鏡，但并沒有應用于膠囊攝像機。如果所述區(qū)域并不重疊，則接著對液
體透鏡進行調節(jié)，并且重復該程序。如果達到了相關性，則將束36的強度 切換至允許處置或進一步檢查的水平。
在處置的情況下，利用攝像機診斷正確的組織區(qū)域的需求是很重要的。 為了改進此步驟，可以使用熒光標記物。在這種情況下，光源38也應用于 照明病灶，以誘導所靶向的標記物發(fā)出熒光。除了熒光之外，這可以推廣 為還包括自體熒光/生物發(fā)光。通過使處置光斑和熒光光斑以上述方式相關 聯(lián)，可以將此模態(tài)應用于瞄準處置光斑。熒光還會給出在何處必須執(zhí)行消 融或其他處置的指示。沒有熒光的話，則需要對攝像機圖像進行分析以找 到病理。也可能使用多重熒光標簽，其以不同的波長發(fā)射，并因而能夠提 供關于可能需要不同處置的病灶中的不同蛋白的信息。 根據(jù)本發(fā)明的示范性應用 必f游示激
當處置光源為激光時，病灶或腫瘤上的熱效應可以應用于對病灶或腫 瘤的熱消融。激光的熱效應還可以應用于對出血血管或腫瘤的出血表面的 凝血。
另一示例為將光源用作用于光動力療法(PDT)(參見例如DEJC Dolmans、 D Fukumura和RK Jain， "Photodynamic therapy for cancer", Nature Reviews Cancer 2003第3巻第380-387頁)的非熱光源。這需要使用光敏 劑。也有可能在膠囊探測到可疑病灶時，由膠囊將光敏劑局部地釋放(或 在連續(xù)的基礎上，這需要更大的貯存器)。
^一z步澄査游示激
共聚焦顯微鏡
根據(jù)本發(fā)明的應用的一個示例為使用共聚焦顯微鏡(參見圖2和圖3)。 在這種情況下，光源為聚焦到組織內(nèi)的某處的點源。如此設置共聚焦顯微 鏡的焦平面，從而使得在聚焦到攝像機34和32的圖像傳感器34上的情況 下對此平面成像。
在共聚焦掃描顯微鏡的情況下，由激光器38產(chǎn)生的光束通過分束器(partial beam splitter) 60，并且由液體透鏡44將其瞄準并聚焦到感興趣病 灶上。沿著同一返回路徑的反射信號被液體透鏡44聚焦，其經(jīng)由在分束器 60上的反射，經(jīng)由位于探測器的前方的針孔或孔徑，到達探測器62上。通 過通過改變可變透鏡44的設置來掃描光束，可以拍攝病灶的共聚焦顯微圖 像。為了進行合適的圖像重建，必須對膠囊的運動進行校正。這可以通過 使用根據(jù)本發(fā)明的膠囊攝像機來實現(xiàn)。 熒光成像
在熒光成像過程的情況下，將激光束聚焦于病灶或腫瘤。探測器模塊 探測由光吸收誘導的熒光。
我們可以使用例如共聚焦顯微鏡的如上所述的同樣設置。由于我們正 尋找由光吸收產(chǎn)生的熒光，我們使探測器適應于記錄光譜分辨的熒光。 擴散光學斷層攝影(DOT)
在這種情況下，光源包括一個或多個光發(fā)射器，光發(fā)射器使得如對膠 囊周圍的相鄰組織的照明的隨后的點至少包含對光透明的位置(參見圖4)。 例如在光源38照明部位101時，光擴散地散射通過組織，并到達例如與探 測器70連接的探測器光纖。收集所有探測光纖的信號，并將信號存儲于存 〈者器中。針對每個照明部位101，、 IOI"等重復此測量?，F(xiàn)將所有測量應用 于執(zhí)行圖像重建(參見例如AP Gibson、 JC Hebden和SR Arridge, "Recent advances in diffUse optical imaging", Phys. Med. Biol. 2005年第50巻 Rl-R43)。為了補償樣本的移動，可以使用攝像機34、 32上的圖像。 光學相干斷層攝影(OCT)
OCT為以超高分辨率(幾微米)達到幾毫米(典型地1.5mm-2mm)的 穿透深度、實時生成3D組織圖像的成像技術。OCT提供3D結構圖像(組 織層、密度變化)，在當前顯示出提供光譜信息以及實現(xiàn)功能和分子成像的 巨大潛力。OCT是基于干涉法的技術，能夠測量小至-90dB的信號。圖5 示出了 一個基于標準光纖的OCT裝置。
來自光源的光由耦合器進行分光。 一個分支用作干涉儀的樣本(參考) 分支，而另一分支則將光傳輸至樣本(樣本分支)。掃描光學器件提供橫向 掃描能力，從而使得OCT裝置獲得針對每個橫向位置的一個A-掃描(軸 位掃描)。所有的A-掃描結合起來形成3D結構圖像。當獲得每個A-掃描時，參考鏡的位移提供深度信息。已開發(fā)出一些更先進的技術，以比這里
所不出的技術在更短的時間內(nèi)獲得深度信息。光譜OCT是這些技術中最先 進的技術，其在不利用運動部件的情況下提供深度掃描數(shù)據(jù)。目前最快的 OCT系統(tǒng)可以以約30*s產(chǎn)生圖像，每幀具有多于1000次A-掃描。橫向 分辨率受到掃描光學器件和光聚焦系統(tǒng)的限制。軸向分辨率具有光源依賴 性。商業(yè)上的SLD (超發(fā)光二極管，帶寬約為70nm至930nm)當前可達 到的典型軸向分辨率為約5pm。通過使用摻鈦藍寶石飛秒激光器實現(xiàn)一個 約1.5pm的最佳顯示分辨率。
為使其適用于根據(jù)本發(fā)明的膠囊，系統(tǒng)必須小型化。從引擎?zhèn)绕?，OCT 雩要
i) 光源。其決定軸向分辨率，軸向分辨率與源帶寬成比例。商業(yè)上可 得到的SLD (超發(fā)光二極管)獲得約5iim的軸向分辨率。如果使用摻鈦藍 寶石飛秒激光器或鎢燈(很低的功率)，貝何以得到更好的分辨率(分辨率 接近lpm)。傅立葉域OCT需要可調諧激光器。
ii) 光纖光學組件。光纖提供光的傳輸，光纖耦合器和/或環(huán)行器實現(xiàn)邁 克爾遜干涉儀。
iii) 探測組件。其取決于OCT類型。典型地為光電二極管，但在頻譜 OCT的情況下，則需要頻譜分辨的探測(頻譜分析儀與線性CCD陣列相結 合)。
'iv)如果是偏振或相位OCT,則引擎和探頭組件必須能夠保持光的偏 振特性。
盡管此時并不存在這種小型化的設備，設想在不遠的將來，小型化允 許這種設備的構造。例如，在Optics Letters 22， 2261 (2004)中已描述了 小型化的探針設計(參見圖6)。
雖然已就本發(fā)明的具體實施例描述了本發(fā)明，本領域普通技術人員將 認識到，可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下實現(xiàn)許多修改、增強 和/或改變。因此，本發(fā)明顯然意在只受權利要求書及其等價物的范圍的限 制。
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權利要求
1、一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣的患病組織區(qū)域進行體內(nèi)成像和/或處置的可攝入膠囊，所述膠囊包括圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上；至少一個光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明，并且任選地能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置；可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述至少一個光源的前方，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述至少一個光源的光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道行進時從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變透鏡系統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述至少一個光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述控制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道，并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述至少一個光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源。
2、 如權利要求1所述的用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感 興趣的患病組織區(qū)域進行體內(nèi)成像和/或處置的可攝入膠囊，所述膠囊包括:圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上； 第一光源和第二光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明；其 中，所述第二光源任選地能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置；可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述第一光源的前方，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述第一光源的光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所述 可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像 發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道行進時從所 述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變透鏡系統(tǒng)的所述 束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述第一光源的所述光束 定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所 述控制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道，并 在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述第一光源和第二光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源。
3、 如權利要求2所述的膠囊，其中，所述第一光源和第二光源每個都 為激光器。
4、 如權利要求l所述的膠囊，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括液體透鏡 系統(tǒng)。
5、 一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣組織區(qū)域進 行體內(nèi)成像的方法，包括攝入一膠囊，所述膠囊包括-圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上； 至少一個光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明，并且任選地能夠向患病組織區(qū)域提供光療法處置；可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述至少一個光源的前方，其中，所述可變透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述至少一個光源的光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述可變 透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像 發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道行進時 從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變透鏡系 統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述至少一 個光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述控 制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道， 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述至少一個光源、 所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源； 將來自所述控制單元的所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至外部圖像接收和查看單 元，并且査看所述圖像數(shù)據(jù)。
6、如權利要求5所述的用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感 興趣組織區(qū)域進行體內(nèi)成像的方法，包括 攝入一膠囊，所述膠囊包括-圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上；第一光源和第二光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明； 其中，所述第二光源任選地能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置；可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述第一光源的前方，其中，所述可變透鏡 系統(tǒng)包括用于將來自所述第一光源的光束定向并聚焦到所述患病組織 區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所 述可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置 和圖像發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道 行進時從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變 透鏡系統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述 第一光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所述控制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道， 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述第一光源和第二光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源； 將來自所述控制單元的所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至外部圖像接收和査看單 元，并且查看所述圖像數(shù)據(jù)。
7、 一種用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣的患病組織 區(qū)域進行體內(nèi)處置的方法，包括將熒光標記劑攝入所述胃腸道，該熒光標記劑將僅化學結合至所述患 病組織區(qū)域，并且使得所述患病組織區(qū)域在受到光源刺激時發(fā)射熒光光束;此后攝入一膠囊，所述膠囊包括 圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上；至少一個光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明，并且任 選地能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置；可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述至少一個光源的前方，其中，所述可變 透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述至少一個光源的光束定向并聚焦到所述 患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述可變 透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置和圖像 發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道行進時 從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變透鏡系 統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述至少一 個光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述至少一個光源以及所述控 制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道， 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述至少一個光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源；使得所述至少一個光源照明并激發(fā)已結合了熒光劑的所述患病組織區(qū)域向所述透鏡系統(tǒng)、所述圖像傳感器和所述控制單元發(fā)送熒光圖像；其中，所述控制單元對所述可變透鏡聚焦裝置和束導向裝置進行控制，以確保所 述至少一個光源對所述患病區(qū)域的照明；并且使得所述至少一個光源對所述患病區(qū)域進行光處置。
8、如權利要求7所述的對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣 的患病組織區(qū)域進行體內(nèi)處置的方法，包括將熒光標記劑攝入所述胃腸道，該熒光標記劑將僅化學結合至所述患 病組織區(qū)域，并且使得所述患病組織區(qū)域在受到光源刺激時發(fā)射熒光光束;此后攝入一膠囊，所述膠囊包括 圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將感興趣圖像聚焦到所述圖像傳感器上； 第一光源和第二光源，其用于向所述胃腸道的所述組織提供照明；其中，所述第二光源為能夠向所述患病組織區(qū)域提供光療法處置的激光器；可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述第一光源的前方，其中，所述可變透鏡 系統(tǒng)包括用于將來自所述第一光源的光束定向并聚焦到所述患病組織 區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及所 述可變透鏡系統(tǒng)相通信，所述控制單元包括圖像存儲裝置、處理裝置 和圖像發(fā)送裝置；其中，所述控制單元使在所述膠囊通過所述胃腸道 行進時從所述圖像傳感器接收到的存儲圖像相關聯(lián)，并且對所述可變 透鏡系統(tǒng)的所述束導向裝置和聚焦裝置進行控制，以確保將來自所述 第一光源的所述光束定向并聚焦到所述患病組織區(qū)域上；動力源，其用于向所述圖像傳感器、所述第一光源和第二光源以及 所述控制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過所述胃腸道， 并在其內(nèi)部容納所述圖像傳感器、所述透鏡系統(tǒng)、所述第一光源和第二光源、所述可變透鏡系統(tǒng)、所述控制單元以及所述動力源； 使得所述第一光源照明并激發(fā)已結合了熒光劑的所述患病組織區(qū)域向 所述透鏡系統(tǒng)、所述圖像傳感器和所述控制單元發(fā)送熒光圖像；其中，所 述控制單元對所述可變透鏡聚焦裝置和束導向裝置進行控制，以確保所述 第一光源對所述患病區(qū)域的照明；并且使得所述第二光源對所述患病區(qū)域進行光處置。
9、 如權利要求5、 6、 7或8所述的方法，其中，所述第一光源和第二 光源每個都為激光器。
10、 如權利要求5、 6、 7或8所述的方法，其中，所述可變透鏡系統(tǒng) 包括液體透鏡系統(tǒng)。
11、 如權利要求7或8所述的方法，其中，所述處置包括對病灶或 腫瘤的熱消融；或者對出血血管或出血腫瘤的凝血。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對動物或人類的胃腸道內(nèi)的一個或多個感興趣的患病區(qū)域進行體內(nèi)成像和/或處置的可攝入膠囊和方法。該膠囊包括圖像傳感器；透鏡系統(tǒng)，其用于將圖像聚焦到圖像傳感器上；至少一個光源，其用于對感興趣組織區(qū)域進行照明，所述至少一個光源任選地能夠向患病區(qū)域提供光療法處置；可變透鏡系統(tǒng)，其位于所述至少一個光源的前方，其中，可變透鏡系統(tǒng)包括用于將來自所述至少一個光源的光束定向并聚焦到患病組織區(qū)域上的束導向裝置和聚焦裝置；控制單元，其與圖像傳感器、所述至少一個光源以及可變透鏡系統(tǒng)相通信；動力源，其用于向圖像傳感器、所述至少一個光源以及控制單元提供動力；以及非消化性、透明的外部保護性殼體，將其配置為通過胃腸道，并在其內(nèi)部容納圖像傳感器、透鏡系統(tǒng)、所述至少一個光源、可變透鏡系統(tǒng)、控制單元以及動力源。
文檔編號A61B1/04GK101495022SQ200780028262
公開日2009年7月29日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權日2006年7月24日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, M·H·庫恩, N·C·范德瓦爾特, T·岑格爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司