專利名稱：具有用以照明處于不同距離上的組織的多個(gè)源的體內(nèi)相機(jī)的制作方法
具有用以照明處于不同距離上的組織的多個(gè)源的體內(nèi)相機(jī)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求對(duì)于以引用的方式整體并入本文中的、由Gordon C. Wilson于2008年 6月 9 日提交的標(biāo)題為“h Vivo CAMERA WITH MULTIPLE SOURCES TO ILLUMINATE TIS SUE AT DIFFERENT DISTANCES”的第61/060，068號(hào)臨時(shí)美國(guó)申請(qǐng)(律師案卷CAP003PV)的優(yōu)先 權(quán)。本申請(qǐng)還要求對(duì)于以引用的方式整體并入本文中的、由Gordon C. Wilson于2009年5 月 29 日提交的標(biāo)題為“h Vivo CAMERA WITH MULTIPLE SOURCES TO ILLUMINATE TISSUE AT DIFFERENT DISTANCES”的第12/47 , 358號(hào)非臨時(shí)美國(guó)申請(qǐng)(律師案卷CAP003 US)的 優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)開(kāi)發(fā)出配置用以從生物體的機(jī)體內(nèi)的體內(nèi)通道和腔內(nèi)，如胃腸(GI)道內(nèi)的 腔、管和管狀器官內(nèi)拍攝圖像的各種現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備。一些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備被形成為尺寸小到 足以吞咽的膠囊。膠囊通常包含相機(jī)以及一個(gè)或多個(gè)光源用于照明膠囊外的物體，其圖像 將由相機(jī)所記錄。膠囊中的電子器件可以由電池或者由來(lái)自體外的感應(yīng)式功率傳輸來(lái)驅(qū) 動(dòng)。膠囊還可以包括存儲(chǔ)器用于儲(chǔ)存拍攝到的圖像，以及/或者無(wú)線電發(fā)射器用于將數(shù)據(jù) 傳輸?shù)綑C(jī)體外的體外接收器。常用的診斷過(guò)程包括活生物體(如人或動(dòng)物)吞咽膠囊，繼 而膠囊中的相機(jī)隨著膠囊在蠕動(dòng)的作用下被動(dòng)地移動(dòng)通過(guò)由GI道的內(nèi)部組織壁所形成的 生物體腔而以不同時(shí)間間隔拍攝圖像。根據(jù)成像的器官的大小，可以設(shè)想兩種一般的圖像拍攝情況。在相對(duì)狹窄的通道 中，諸如食道和小腸中，呈橢圓形并且長(zhǎng)度小于通道直徑的膠囊將在通道內(nèi)自然地將其自 身縱向?qū)R。在幾種現(xiàn)有技術(shù)膠囊中，相機(jī)位于膠囊一端(或兩端)的透明穹頂之下。相機(jī) 朝下面向通道從而使圖像的中心由黑洞形成。人們所感興趣的區(qū)域是圖像周邊處的腸壁。圖IA示例說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)的體內(nèi)相機(jī)膠囊100。膠囊100包括可在器官102(諸 如食道或小腸)的內(nèi)腔104內(nèi)在該器官內(nèi)部體內(nèi)穿行的殼體。在圖IA中所示的圖像拍攝 情況中，膠囊100與器官的內(nèi)表面106相接觸，而相機(jī)透鏡開(kāi)口 110在其視野128內(nèi)拍攝圖 像。膠囊100可以包括輸出端口 114，用于輸出圖像數(shù)據(jù)；電源116，用于為相機(jī)的組件供 電；存儲(chǔ)器118，用于儲(chǔ)存圖像；壓縮電路120，用于對(duì)要在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的圖像進(jìn)行壓縮； 圖像處理器112，用于處理圖像數(shù)據(jù)；以及LED 126，用于照明器官的表面106從而可以由從 表面散射的光拍攝圖像。當(dāng)膠囊在其直徑大于膠囊的任何尺度的腔(諸如結(jié)腸)中時(shí)，出現(xiàn)第二情況。在 這一情況中，膠囊定向的可預(yù)見(jiàn)性大大降低，除非有一些機(jī)制來(lái)穩(wěn)定它。假設(shè)器官中沒(méi)有食 物、排泄物或者流體，那么作用于膠囊上的主要的力為重力、表面張力、摩擦力以及腔壁壓 向膠囊的力。腔向膠囊施加壓力，作為對(duì)諸如將膠囊推向它的重力等其他力的被動(dòng)反力，并 且作為蠕動(dòng)的周期性主動(dòng)壓力。這些力決定了膠囊在滯留期間的移動(dòng)及其定向的動(dòng)態(tài)。這 些力中的每一個(gè)力的大小和方向受到膠囊和腔的物理特性的影響。例如，膠囊的質(zhì)量越大， 重力就將越大；而膠囊越光滑，摩擦力就越小。結(jié)腸壁中的起伏傾向于將膠囊翻倒，從而使膠囊的縱軸118不與結(jié)腸的縱軸平行。 圖IB示出了通道134的一個(gè)例子，如人類結(jié)腸，且膠囊100在圖的左側(cè)與表面132 接觸。在這種情況下，相機(jī)的光軸(未示出)平行于通道134的縱軸(兩個(gè)軸在圖中都是 豎直定向的)。膠囊100還具有與其相機(jī)的光軸重合的縱軸118。通道134中的脊?fàn)钔黄?136具有前表面138，該前表面138為可見(jiàn)的并且因而在膠囊100接近該脊?fàn)钔黄?假設(shè)膠 囊100在圖中向上移動(dòng))時(shí)被其成像。然而，對(duì)于透鏡開(kāi)口 110，脊?fàn)钔黄?36的背面140 是不可見(jiàn)的，并因此無(wú)法形成背面140的圖像。具體而言，膠囊100錯(cuò)過(guò)了表面140的部分， 并且注意，其錯(cuò)過(guò)了通道134中被示為息肉142的不規(guī)則物。在圖IB中，將透鏡開(kāi)口 110的視野內(nèi)的三點(diǎn)標(biāo)記為了 A、B和C。透鏡開(kāi)口 110對(duì) 于這三點(diǎn)的距離是不同的，其中可視范圍112在膠囊的一側(cè)比另一側(cè)更寬闊，因此需要大 景深來(lái)同時(shí)為所有三個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木劢?。并且，如果LED(發(fā)光二極管)照明器在整個(gè)角 度FOV(視野)中提供均勻的光通量，那么相比于點(diǎn)，A點(diǎn)將被更為明亮地照明。因 此，對(duì)于B點(diǎn)的最佳曝光導(dǎo)致在A點(diǎn)曝光過(guò)度并且在C點(diǎn)曝光不足。對(duì)于A點(diǎn)的最佳曝光 導(dǎo)致在B和C點(diǎn)曝光不足。對(duì)于每幅圖像，僅有FOV的相對(duì)較小的百分比將具有適當(dāng)?shù)木?焦和曝光，從而使系統(tǒng)的效率低下。功率會(huì)由可能為CMOS或CCD像素陣列的成像器和閃光 燈消耗在圖像的各部分上。另外，沒(méi)有圖像壓縮的話，更多的系統(tǒng)資源會(huì)消耗在對(duì)具有低信 息含量的圖像的部分的儲(chǔ)存或傳輸上。為了最大化充分成像結(jié)腸內(nèi)的所有表面的可能性， 在該現(xiàn)有技術(shù)膠囊的使用中需要大量的冗余度，亦即多個(gè)重疊圖像。US 6，836，377和US 6，918，872公開(kāi)了兩種用于非全景式膠囊相機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)幾 何結(jié)構(gòu)。在US 6，836，377中，膠囊穹頂是橢球形的，且光瞳位于其中心而LED位于焦曲面 上。在US 6，918，872中，穹頂是球形的，且光瞳居中于曲面的中心而同一平面中的LED更 為靠近球體的邊緣。剛剛描述的兩項(xiàng)專利以引用的方式整體并入本文中作為背景技術(shù)。在 轉(zhuǎn)讓給 Capso Vision, Inc.的標(biāo)題為 “In Vivo Sensor with Panoramic Camera，，的、由 Kang-Huai Wang 和 Gordon Wilson 于 2006 年 12 月 19 日提交的美國(guó)專利申請(qǐng) 11/642，285 中公開(kāi)了用于具有全景式成像系統(tǒng)的膠囊內(nèi)窺鏡的各種照明幾何結(jié)構(gòu)。剛剛描述的專利申 請(qǐng)以引用的方式整體并入本文中。1^11 "Self-Stabilizing Encapsulated Imaging System” 白勺、 Mintchev · 人所做出的美國(guó)專利公布2006/0178557以引用的方式整體并入本文中作為背景技術(shù)。這 一公布描述了在本文所附的圖IC中所示的膠囊內(nèi)窺鏡，其中發(fā)光二極管(LED) IM和成像 器152(例如CMOS成像器)安裝在膠囊在末端156a與156b之間的中心區(qū)域中。膠囊包括 向外部接收器傳輸由成像器152所獲得的圖像的RF發(fā)射器158。膠囊還包括電池160a和 160b，以及控制器162。發(fā)明人相信，人們期望對(duì)用于由內(nèi)窺鏡對(duì)體內(nèi)通道進(jìn)行的成像的照明進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)窺鏡使用多個(gè)光源在體腔內(nèi)提供照明，并且使用其中封閉的相機(jī) 來(lái)拍攝體腔中組織的圖片。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，使用源中的一個(gè)(也被稱為“長(zhǎng)程 源”)來(lái)對(duì)位于距內(nèi)窺鏡的預(yù)定距離范圍中的組織進(jìn)行成像。在剛剛描述的實(shí)施方式中，由 源中的另一個(gè)(也被稱為“短程源”)來(lái)照明位于同內(nèi)窺鏡相接觸或者與其接近(例如5mm8內(nèi))之處的組織。剛剛描述的兩個(gè)光源可以基于以下內(nèi)容相對(duì)于下文中描述的相機(jī)定位(1)相機(jī) 的光軸與內(nèi)窺鏡的殼體的內(nèi)表面的交點(diǎn)，下文的“光軸交點(diǎn)”或者簡(jiǎn)單地稱為“交點(diǎn)”；⑵ 殼體的讓來(lái)自長(zhǎng)程源的光(也被稱為“長(zhǎng)程光”)通過(guò)其射出殼體的一個(gè)區(qū)域(下文的“長(zhǎng) 程照明區(qū)域”)；以及C3)殼體的讓來(lái)自短程源的光(也被稱為“短程光”)通過(guò)其射出殼體 的另一區(qū)域(下文的“短程照明區(qū)域”)。具體而言，將短程光源和長(zhǎng)程光源定位成使得光 軸交點(diǎn)被包含在短程照明區(qū)域內(nèi)(并作為其一部分)，但光軸交點(diǎn)位于長(zhǎng)程照明區(qū)域之外。


圖IA和圖IB以橫截面圖來(lái)分別示例說(shuō)明在小腸和大腸中的一種現(xiàn)有技術(shù)膠囊內(nèi)窺鏡。圖IC以剖面透視圖來(lái)示例說(shuō)明在由Mintchev等人做出的美國(guó)專利公布 2006/0178557中所述的一種現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)窺鏡。圖2A以透視圖來(lái)示例說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的膠囊內(nèi)窺鏡200，所述膠囊 內(nèi)窺鏡200具有管狀壁201M，該壁具有成像區(qū)域212，該成像區(qū)域與光通過(guò)其透射用于短程 照明的照明區(qū)域210以及光通過(guò)其透射用于長(zhǎng)程照明的另一照明區(qū)域211重疊。圖2B和圖2C以透視圖來(lái)示例說(shuō)明在從圖2A的左側(cè)看時(shí)圖2A的膠囊內(nèi)窺鏡，從 而示出照明的光束的重疊(圖2B)以及由此形成的合并區(qū)域(圖2C)。圖2D以透視圖來(lái)示例說(shuō)明在圖2A的膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)的光源布置。圖2E示例說(shuō)明膠囊內(nèi)窺鏡200在圖2C的2E-2E方向上所取的橫截面圖。圖2F示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一膠囊內(nèi)窺鏡的橫截面圖。圖2G示例說(shuō)明在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中的一種內(nèi)窺鏡，其中管狀壁具有直徑 大于兩端的中心區(qū)域。圖2H示例說(shuō)明在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中的一種內(nèi)窺鏡，其中管狀壁具有小于1 的寬高比。圖21以圖表來(lái)示例說(shuō)明圖2E中所示的下部LED 217和上部LED 205根據(jù)組織離 內(nèi)窺鏡的距離所產(chǎn)生的輻射能量。圖2J和圖I示例說(shuō)明響應(yīng)于施加到LED 217和LED 205用以產(chǎn)生如圖21中所 示的輻射能量的電流，在不同距離處的光束強(qiáng)度分布和光斑尺寸。圖2L和圖2M示例說(shuō)明圖2A的內(nèi)窺鏡，所述內(nèi)窺鏡具有封閉在殼體之中的多個(gè) 短程源，所述多個(gè)短程源位于相對(duì)于光軸的公共緯度上，但卻位于不同經(jīng)度(即徑向方向) 上。圖2N示例說(shuō)明圖2L和圖2M的內(nèi)窺鏡在正常操作中的使用，其中多個(gè)短程源創(chuàng)建 出跨越360°的連續(xù)重疊的區(qū)域。圖20示例說(shuō)明也封閉在圖2L、圖2M和圖2N中所示類型的內(nèi)窺鏡中的透鏡L1-L4 和傳感器Q1-Q4。圖2P示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的包括安裝在插入管的一端的圖2A中所示類型的遠(yuǎn)側(cè) 末端的一種內(nèi)窺鏡。圖2Q以放大的橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明圖2P的遠(yuǎn)側(cè)末端。
圖3、圖4和圖5以取自圖2C的2E-2E方向上的橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明在內(nèi)窺鏡的 三個(gè)實(shí)施方式中一個(gè)或多個(gè)光源在相機(jī)的視野之外的位置上的定位。圖6以圖3中所示類型的內(nèi)窺鏡的放大圖來(lái)示例說(shuō)明實(shí)施于一些實(shí)施方式之中的 在光源、相機(jī)的物鏡以及管狀壁的表面之間的角度關(guān)系。圖7、圖8和圖9以圖3中所示類型的內(nèi)窺鏡的放大圖來(lái)示例說(shuō)明在一些實(shí)施方式 中使用的用于減少發(fā)光體的角度色散的光學(xué)元件。圖10示例說(shuō)明在其中通過(guò)被定位成使它的“Z”軸穿過(guò)發(fā)光體的位置的角度集中 器來(lái)實(shí)施所述光學(xué)元件的一個(gè)實(shí)施方式。圖11以透視圖來(lái)示例說(shuō)明在內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式中使用的一種環(huán)形角度集中ο圖12A以側(cè)視圖來(lái)示例說(shuō)明圖11中所示的環(huán)形角度集中器。圖12B以在圖12C中的A-A方向上的橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明圖12A的環(huán)形角度集中 器的一部分。圖12C以頂部立視圖來(lái)示例說(shuō)明圖11的環(huán)形角度集中器的一個(gè)半部。圖12D以在圖12C中的D-D方向上的側(cè)視圖來(lái)示例說(shuō)明環(huán)形角度集中器的半部。圖12E以底部立視圖來(lái)示例說(shuō)明圖11的環(huán)形角度集中器的半部。圖13以橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式中發(fā)光體與 復(fù)合拋物面集中器的相對(duì)位置。圖14A和圖14B分別以頂視圖和側(cè)視圖來(lái)示例說(shuō)明在內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式中多 個(gè)發(fā)光體和環(huán)形集中器的組裝件。圖15和圖16以橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光體與集中器的組合的兩個(gè) 備選實(shí)施方式。圖17示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的、具有兩個(gè)發(fā)光體的內(nèi)窺鏡用于在短距上照明和成 像的使用。圖18示例說(shuō)明也根據(jù)本發(fā)明的、圖17的內(nèi)窺鏡用于長(zhǎng)程照明和成像的使用。圖19示例說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施方式中的、具有兩個(gè)發(fā)光體的內(nèi)窺鏡用 于軸向照明和成像的使用。圖20以框圖來(lái)示例說(shuō)明用于在圖21中所示類型的照明控制方法中使用的LED的 編號(hào)和傳感器的區(qū)段的編號(hào)。圖21以流程圖來(lái)示例說(shuō)明在一些實(shí)施方式中使用的、用以操作發(fā)光體用于全景 式照明和成像的方法。圖22以圖表來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的一種內(nèi)窺鏡中在控制器、LED和傳感器之 間的信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。圖23以框圖來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的一種內(nèi)窺鏡中的包括控制器、LED和傳感 器的電子電路。圖M示例說(shuō)明一種單片式傳感器芯片，其中使用四個(gè)區(qū)域Q1-Q4來(lái)拍攝全景 360°圖像的四個(gè)部分。圖25示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的、具有凸反射面的示例性環(huán)形反射 鏡218的尺度。
圖沈示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的、膠囊形狀的內(nèi)窺鏡的尺度。圖27以部分橫截面視圖來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的膠囊內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式 中，由雙層窗口形成三個(gè)虛源。圖28A-圖^D以前視圖來(lái)示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的膠囊內(nèi)窺鏡的 窗口上的長(zhǎng)程照明區(qū)域211、短程照明區(qū)域210以及成像區(qū)域212的相對(duì)位置。圖28E和圖28G分別示例說(shuō)明在圖28A和圖^C中所示類型的膠囊內(nèi)窺鏡中，一 對(duì)相鄰成像區(qū)域282A與彼此間的重疊，以及此外另一對(duì)相鄰成像區(qū)域Τ τ與282Α 彼此間的另一重疊。圖28F和圖28Η分別示例說(shuō)明在圖28Ε和圖^G中所示類型的膠囊內(nèi)窺鏡中的相 鄰成像區(qū)域的聯(lián)合觀2。圖281和圖28J分別示例說(shuō)明，在圖^E-圖^F以及圖^G-圖28Η中所示類型的 膠囊內(nèi)窺鏡的展開(kāi)的管狀壁上，成像區(qū)域的聯(lián)合282與相鄰短程照明區(qū)域的另一聯(lián)合281 的位置的相對(duì)位置。圖28Κ和圖28L分別示例說(shuō)明在圖28Α和圖^C中所示類型的膠囊內(nèi)窺鏡中，成 像區(qū)域2狐與相應(yīng)的短程照明區(qū)域的重疊。圖^A、圖29Β和圖^C以部分橫截面視圖來(lái)示例說(shuō)明用于將光源S相對(duì)于相機(jī)的 光瞳P定位以消除或最小化在圖像中拍攝到虛源的幾何結(jié)構(gòu)。圖30以橫截面平面圖來(lái)示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的膠囊內(nèi)窺鏡中長(zhǎng) 程照明源與短程照明源的相對(duì)位置。圖31和圖32以橫截面?zhèn)纫晥D來(lái)示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的膠囊內(nèi)窺鏡的兩個(gè)實(shí)施方 式，所述實(shí)施方式在相機(jī)中容納有徑向?qū)ΨQ的光學(xué)元件。圖33示例說(shuō)明相對(duì)于內(nèi)窺鏡的兩個(gè)照明區(qū)域離胃腸道的距離的變化，根據(jù)本發(fā) 明發(fā)射的能量的變化。圖34示例說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施方式中，在膠囊的兩端具有兩個(gè)相機(jī)的 內(nèi)窺鏡。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)窺鏡200 (圖2Α)使用多個(gè)光源205、206在直徑為D的體腔Ml內(nèi) 部提供照明，并且使用封閉在其內(nèi)的相機(jī)拍攝組織的圖像。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡200 具有大于一的寬高比，以及縱軸222。內(nèi)窺鏡200的定向由自身通常細(xì)長(zhǎng)的體腔Ml的尺 度和定向所決定。體腔Ml的例子為胃腸道的各個(gè)部分，如小腸和結(jié)腸(大腸)。注意在 圖2Α中，使用了若干條線299作為在殼體201的光滑曲面上的陰影，特別用來(lái)在透視圖中 傳達(dá)視覺(jué)深度。在圖2Β-圖2D、圖2G-圖I以及圖2Μ-圖2Ρ中也使用了類似的陰影線。參照?qǐng)D2Α，內(nèi)窺鏡200的源205是“長(zhǎng)程源”，其用于對(duì)位于腔241中在離內(nèi)窺鏡 的例如IOmm與35mm之間的預(yù)定距離范圍內(nèi)的組織進(jìn)行成像。當(dāng)體腔Ml的組織與內(nèi)窺鏡 相接觸時(shí)，不使用長(zhǎng)程源205。相反，使用主要來(lái)自短程源206的照明來(lái)對(duì)接觸的組織進(jìn)行 成像。靠近內(nèi)窺鏡(例如在5mm以內(nèi))但不與內(nèi)窺鏡接觸的組織在本發(fā)明的一些實(shí)施方式 中由源205和206 —同進(jìn)行照明。不論如何實(shí)施，在許多實(shí)施方式中多個(gè)光源205和206如以下所述的那樣相對(duì)于相機(jī)的光瞳202(圖2A)定位。光瞳202具有光軸203，其與內(nèi)窺鏡200的殼體201的內(nèi)表 面在點(diǎn)204相交。注意，在圖2A中將殼體201說(shuō)明性地示為了不具有厚度，盡管如本領(lǐng)域 技術(shù)人員將很容易地明白的那樣，殼體是具有有限厚度的(例如4mm)。點(diǎn)204在此也被稱 為“光軸交點(diǎn)”或者簡(jiǎn)單地“交點(diǎn)”。長(zhǎng)程源205被相對(duì)于透鏡202定位，使得光軸交點(diǎn)204 位于由長(zhǎng)程源205透射的光(也被稱為“長(zhǎng)程光”)209通過(guò)其射出殼體201的區(qū)域(也被 稱為“長(zhǎng)程照明區(qū)域”)211之外。另外，短程源206被相對(duì)于透鏡202定位，使得光軸交點(diǎn) 204位于由短程源206透射的光(也被稱為“短程光”)208通過(guò)其射出殼體201的另一區(qū)域 (也被稱為“短程照明區(qū)域”)210之內(nèi)。注意，短程照明區(qū)域210比長(zhǎng)程照明區(qū)域211大， 通過(guò)這樣設(shè)計(jì)，在組織靠近或觸及內(nèi)窺鏡時(shí)確保組織的照明的充分的均勻性。為總結(jié)前述段落中所述的布置，光源205和206被定位成使光軸交點(diǎn)204被包含 于短程照明區(qū)域210內(nèi)(并作為其一部分)，但卻位于長(zhǎng)程照明區(qū)域211之外。在圖2A中 所示實(shí)施方式中，長(zhǎng)程照明區(qū)域211不僅不包含交點(diǎn)204，該區(qū)域211也不與殼體201的區(qū) 域(也被稱為“成像區(qū)域”)212重疊，由組織反射的光(也被稱為“反射光”)通過(guò)所述區(qū) 域212透射穿過(guò)殼體201并被相機(jī)所拍攝。在一些實(shí)施方式中，光源205和206相對(duì)于相 機(jī)的光瞳202的具體位置和定向是以改善位于離內(nèi)窺鏡的多個(gè)距離范圍中的組織的照明 的均勻性為目標(biāo)，而憑經(jīng)驗(yàn)確定的。注意，雜散反射光可能通過(guò)其他區(qū)域進(jìn)入內(nèi)窺鏡200，但用于在內(nèi)窺鏡200內(nèi)形成 可診斷圖像的光是由區(qū)域212的邊界來(lái)劃定的。區(qū)域212的邊界排除任何未被內(nèi)窺鏡200 內(nèi)的傳感器所感測(cè)的光。另外，區(qū)域212的邊界還排除任何可能被感測(cè)到但沒(méi)有最終用于 可診斷圖像的光，例如生成在診斷前被“裁剪掉”(即，未使用)的圖像部分的光。成像區(qū)域212通常由視野(“F0V”)214所確定。視野214是由在穿過(guò)光軸交點(diǎn) 204和光軸203的平面中的、在其中位于殼體201之外的組織241形成被相機(jī)拍攝用于診 斷的圖像的角度范圍所限定的。注意，視野有時(shí)被稱為覆蓋角或者視角。視野取決于毗鄰 光瞳202的物鏡的焦距，以及用以記錄圖像的膠片或傳感器的物理尺寸。視野214與殼體 201的相交形成內(nèi)窺鏡200的成像區(qū)域212。在內(nèi)窺鏡200中，光源205和206中的每一個(gè) 都位于視野214之外，以避免對(duì)來(lái)自這些源的光成像。上述FOV指的是縱向方向；還存對(duì)于 橫向方向的角度視野。然而，橫向FOV與當(dāng)前討論無(wú)密切關(guān)系。另外，上述在長(zhǎng)程照明區(qū)域211與成像區(qū)域212之間沒(méi)有重疊消除了由于殼體201 所反射的長(zhǎng)程光209而在被相機(jī)拍攝并被用于診斷的圖像中存在虛像(也被稱為“鬼影”) 的任何可能性。在某些備選實(shí)施方式中，在相機(jī)中形成的圖像中存在來(lái)自由殼體所造成的 長(zhǎng)程光的反射的鬼影，并且會(huì)操作傳感器例如通過(guò)裁剪圖像而排除鬼影。在裁剪過(guò)程中，圖 像在其中心區(qū)域的部分由內(nèi)窺鏡200傳輸給計(jì)算機(jī)用于在診斷中的使用，而圖像包含有鬼 影的其余部分則不被處理。根據(jù)實(shí)施方式，裁減或者由位于機(jī)體之外的計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，在這 種情況下要傳輸整個(gè)圖像；或者備選地在殼體201內(nèi)執(zhí)行。在剛剛描述的備選實(shí)施方式中， 裁減例如由傳感器并且/或者由處理器在電子電路中執(zhí)行(見(jiàn)圖18)。在上述類型的一些實(shí)施方式中，光源206被有意地定位成使短程照明區(qū)域210與 成像區(qū)域212重疊。剛剛描述的重疊被選擇用以確保短程光208即使在組織與殼體201的 外表面相接觸時(shí)，仍然足夠充分地照明組織以在相機(jī)中獲得可診斷圖像。在圖2A中所示類型的實(shí)施方式中，區(qū)域210、211和212橫向定向在例如作為殼體201的一部分的管狀壁201M(圖2B)上。另外，在圖2A中，管狀壁201M構(gòu)成具有位于壁 201M的兩側(cè)的每一側(cè)的兩個(gè)穹頂201T和201B的膠囊形狀的殼體201的一部分。在圖2A 中所示實(shí)施方式中，管狀壁201M在一側(cè)蓋有穹頂形末端(或者簡(jiǎn)單地“穹頂”)201T并且在 另一側(cè)蓋有另一穹頂形末端201B，以實(shí)現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡。穹頂201T和201B構(gòu)成還包括管狀 壁201M的殼體的部分。在內(nèi)窺鏡200(圖2A)中穹頂20IT和20IB不用于將任何光傳遞到內(nèi)窺鏡200之 外的區(qū)域。穹頂201T和201B也不用于接收任何形成待診斷圖像的光。相反，光通過(guò)管狀 壁201M離開(kāi)內(nèi)窺鏡200以及進(jìn)入內(nèi)窺鏡200，并且剛剛描述的光相對(duì)于內(nèi)窺鏡的定向在此 被稱為“徑向”。穹頂201T和201B用于(同管狀壁201M—起)為封閉在內(nèi)窺鏡200內(nèi)的 光學(xué)和電子組件形成水密殼體。注意，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡的其他實(shí)施方式可以具有不同 的形狀，例如圖2Q和圖2R中所示的內(nèi)窺鏡290在插入管四2的一端具有遠(yuǎn)側(cè)末端四1。遠(yuǎn) 側(cè)末端291還通過(guò)與內(nèi)窺鏡200相似的管狀壁來(lái)徑向地照明體腔。注意，在備選實(shí)施方式 中，如圖19中所示，區(qū)域210、211和212軸向地定向在例如穹頂201T或者穹頂201B上。如以上所討論的那樣，徑向照明內(nèi)窺鏡(無(wú)論是形如圖2A中的膠囊還是形如圖2Q 和圖2R中所示的在插入管四2的一端上的遠(yuǎn)側(cè)末端四1)通過(guò)管狀壁201M提供照明。管 狀壁201M可以具有圓形橫截面，如圓柱體或者長(zhǎng)球體或扁球體形的截頭錐體。內(nèi)窺鏡的管 狀壁201M可以備選地具有非圓形橫截面，如橢圓形橫截面。無(wú)論橫截面如何，大部分的光 (例如能量的50%以上)從側(cè)面通過(guò)內(nèi)窺鏡的管狀壁201M(圖2B)徑向地從內(nèi)窺鏡200射 出。另外，組織反射的光也橫向地向回穿過(guò)管狀壁220，以在內(nèi)窺鏡200內(nèi)形成待診斷的圖 像(未在圖2B中示出)。在一些實(shí)施方式中，最初由殼體內(nèi)的發(fā)光體(如LED)來(lái)產(chǎn)生射出內(nèi)窺鏡的短程光 208，而短程光208在隨后由(也在殼體內(nèi)的)光學(xué)元件分裂為至少兩個(gè)部分，這至少兩個(gè) 部分分別在殼體上形成至少兩個(gè)重疊的光斑。例如，圖2B示例說(shuō)明了由短程光208通過(guò)分 裂而產(chǎn)生的兩個(gè)部分所形成的兩個(gè)光斑210A和210B。將短程光208分為兩個(gè)或多個(gè)部分 使組織的更大區(qū)域能夠由重疊光斑所照明，其相對(duì)于在其中心具有單峰的單個(gè)光斑而言在 整個(gè)照明區(qū)域上提供更大的能量分布均勻度。在圖2B中所示例子中，兩個(gè)光斑210A和210B在殼體201上相互重疊，以形成如 圖2C中所示的短程照明區(qū)域210的至少一大部分(例如其面積的50%以上)。在圖2B和 圖2C中，通過(guò)短程光208的第三部分還形成了第三光斑210C，并且該光斑被包括在短程照 明區(qū)域210中。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，短程光208的兩個(gè)大致相等的部分(能量 的大約25% )形成光斑210A和210B。在所述示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，短程光208的另一 部分(能量的大約50% )形成第三光斑210C。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易明白的那樣，形成短程光208的各個(gè)部分的百分比的 例子在不同的實(shí)施方式中會(huì)有所不同。另外，其他實(shí)施方式(未示出)僅將短程光208分 裂為兩個(gè)部分，即不形成第三光斑210C。還有其他實(shí)施方式(也未示出)將短程光208分 裂為四個(gè)或更多個(gè)部分，即形成短程照明區(qū)域210的四個(gè)或更多個(gè)光斑。另外，還根據(jù)實(shí)施 方式，短程光208的光斑可以合并在一起來(lái)形成單個(gè)的連續(xù)區(qū)域，或者可以不合并在一起。在內(nèi)窺鏡200中，根據(jù)實(shí)施方式，長(zhǎng)程照明區(qū)域211和短程照明區(qū)域210可以相互 重疊或不重疊。還根據(jù)實(shí)施方式，成像區(qū)域212可以與長(zhǎng)程照明區(qū)域211重疊或不重疊。
在許多實(shí)施方式中，由兩個(gè)光束208A和208B (圖2D)形成兩個(gè)光斑210A和210B， 這兩個(gè)光束是短程光208 (圖2A)的兩個(gè)部分。光束208A和208B分別由位于光軸203的 相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)光源206和218透射向殼體201的內(nèi)表面。在圖2A和圖2D中將光軸203 示為了水平線，并且為了方便，在此將光軸203的兩側(cè)稱為在光軸的“上方”和“下方”，盡管 應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)軸203相對(duì)于觀察者的定向，這兩側(cè)的定向是不同的(例如如果軸203是垂 直定向的，那么為“左側(cè)，，和“右側(cè)，，)。參照?qǐng)D2D，光源206位于光軸203下方并且透射光軸203之下的光束208A的大部 分(例如其中能量的50%以上)。相應(yīng)地，光軸交點(diǎn)204位于光斑210A的頂部部分中。在 一些實(shí)施方式中，發(fā)光體位于光軸203之下，并且該發(fā)光體被包括在光源206之中，該光源 額外地包括對(duì)接收自發(fā)光體的短程光208進(jìn)行分裂的光學(xué)元件。光源206位于光軸203之 下并且位置足夠靠近(例如接觸)殼體201從而使光束208A在殼體201上的入射角大到 足以在區(qū)域212內(nèi)最小化或者消除相機(jī)對(duì)光束208A直接被殼體201所反射的任何部分的 拍攝。除了上述光束208A以外，上述光學(xué)元件在一些實(shí)施方式中從接收自發(fā)光體的光 208形成光束208B。光束208B最初由光學(xué)元件跨越光軸203透射到光源218。如圖2D中 所示，光源218位于光軸203上方，并且包括反射面，該反射面再透射接收自發(fā)光體的光束 208B的大部分以在殼體的內(nèi)表面上形成光斑210B。光軸交點(diǎn)204位于光斑210B的底部部 分中。注意，在圖2B-圖2D中所示的實(shí)施方式中，光斑210B的底部部分與光斑210A的頂 部部分重疊，并且交點(diǎn)204位于重疊處內(nèi)。另外，在圖2B中所示的實(shí)施方式中，光斑210A 和210B沿著與縱軸222對(duì)齊的(例如5°以內(nèi))方向相對(duì)于彼此對(duì)齊。注意，同樣地在這 里，光源218的位置足夠靠近殼體201，從而使光束208B的入射角大到足以最小化或者消除 相機(jī)對(duì)光束208B直接被殼體201所反射的任何部分的拍攝。在圖2D中所示的示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，光學(xué)元件在對(duì)短程光208的分裂中還形 成第三光束208C，并且光束208C直接入射在殼體201上以形成光斑210C，其大部分位于光 斑210B下方(其間具有小部分重疊)。注意，光斑210C位于成像區(qū)域212之外的照明區(qū)域 210中。相應(yīng)地，在組織與殼體接觸時(shí)入射在光斑210C上的第三部分的大部分都不會(huì)到達(dá) 相機(jī)。然而，光束208C在組織位于離殼體的較短距離處(例如5mm遠(yuǎn))時(shí)通過(guò)短程照明區(qū) 域210提供不會(huì)到達(dá)相機(jī)的照明。圖2E示例說(shuō)明了以上參照?qǐng)D2A-圖2D所述類型的內(nèi)窺鏡200的一個(gè)實(shí)施方式的 一個(gè)示例性實(shí)施。具體而言，如圖2E中所示，發(fā)光體217向光學(xué)元件216提供短程光，所述 光學(xué)元件216如以下所述那樣將短程光分裂為三個(gè)光束。一個(gè)光束208C(圖2D)以強(qiáng)度分 布219C直接入射在殼體上(圖2E)。另一光束208A(圖2D)主要在光軸203下方并且以強(qiáng) 度分布219A入射在殼體上(圖2E)。第三光束208B(圖2D)跨越光軸203，并且由反射鏡 218所反射并隨后以強(qiáng)度分布219B入射在殼體上(圖2E)。光學(xué)元件216的一個(gè)例子是如 下文所討論的復(fù)合拋物面集中器(compound parabolic concentrator,CPC) 透鏡L是相 機(jī)的物鏡，并且通過(guò)其接收的光由反射鏡M反射到傳感器232用于感測(cè)和存儲(chǔ)圖像。注意，圖2E中所示的實(shí)施是關(guān)于縱軸222對(duì)稱的，并且內(nèi)窺鏡200具有在長(zhǎng)程源 205中的發(fā)光體的四個(gè)副本、另一發(fā)光體217和光學(xué)元件216 ( 一起形成短程光源)、光學(xué)元 件218 (其與發(fā)光體217和光學(xué)元件216 —起形成另一短程光源)、透鏡L和反射鏡M。還要注意的是，傳感器232和發(fā)光體217都由板249所支撐。在另一實(shí)施方式中，在八個(gè)徑向 方向中的每個(gè)方向上有一對(duì)發(fā)光體(總共有十六個(gè)發(fā)光體)，用于產(chǎn)生體腔的360°全景圖像。盡管圖2E中所示的內(nèi)窺鏡200在給定徑向方向上具有兩個(gè)發(fā)光體，但是如在圖2F 中所示的橫截面圖中所示的那樣，備選實(shí)施方式可以在單個(gè)徑向方向上使用四個(gè)發(fā)光體。 在圖2F中，內(nèi)窺鏡250包括用來(lái)作為兩個(gè)長(zhǎng)程光源的兩個(gè)發(fā)光體221A和224A。另外，內(nèi)窺 鏡250還具有用來(lái)作為短程光源的兩個(gè)額外的發(fā)光體222k和223A。另外，在一些實(shí)施方式 中，發(fā)光體被定位在內(nèi)窺鏡中用以沿著四個(gè)徑向方向(例如，在從上方看時(shí)，圍繞殼體的圓 形邊界的北、南、東和西)中的每個(gè)方向照明。在圖2F中將在相應(yīng)的三個(gè)徑向方向上的三 組光源示為了在西方的源221A、222A、223A和224A、在北方的源221B、222B、22!3B和224B， 以及在東方的源221C、222C、223C和224C (而在南方的源未于圖2F中示出，因?yàn)閳D2F是橫 截面圖)。在某些實(shí)施方式中，發(fā)光體被定位在內(nèi)窺鏡中用以沿著八個(gè)徑向方向(例如，再 次在從上方看時(shí)的北、東北、東、東南、南、西南、西以及西北)中的每個(gè)方向照明。圖2A中所示的實(shí)施方式具有大于1的寬高比，據(jù)此內(nèi)窺鏡200具有沿著軸222的 比位于橫截軸222的橫截面內(nèi)的任何其他尺度更大的尺度。例如，內(nèi)窺鏡200具有沿著管 狀壁201M的比管狀壁210M的外徑(在圓形橫截面的情況下)更大的長(zhǎng)度。相應(yīng)地，在剛 剛描述的實(shí)施方式中，管狀壁202具有圓柱形的形狀。在本發(fā)明的幾個(gè)備選實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡具有橫截面沿內(nèi)窺鏡的長(zhǎng)度變化的管狀 壁。例如，圖2G示例說(shuō)明了內(nèi)窺鏡223，其中管狀壁2M在中部具有比在兩端處的外徑226 更大的外徑225 (在圓形橫截面的情況下)，即管狀壁2M在其中心具有凸出部分。在另一 例子中(未示出)，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡的管狀壁具有較窄的中央部分與較寬的兩端，即沙 漏形。如以上在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中所述的那樣，無(wú)論管狀壁的形狀如何，照明和成像 是通過(guò)管狀壁的各個(gè)重疊和非重疊區(qū)域來(lái)執(zhí)行的。此外，在圖2H中所示的另一備選實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡227具有小于1的寬高比，據(jù) 此沿著軸222的尺度小于在橫截軸222的橫截面中的至少一個(gè)尺度，例如厚度2 小于直 徑228(在圓形橫截面的情況下)。盡管寬高比小于1，但在這一實(shí)施方式中，用于照明和成 像的重疊和非重疊區(qū)域也是如上所述形成在管狀壁2 上的。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡200(圖2B)具有1. Icm的直徑231和2. 6cm 的長(zhǎng)度232。注意，在這一示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，管狀壁201M具有高度為5. Omm的透明窗 口。另外，成像區(qū)域212(圖2A)具有表示為弧長(zhǎng)的0.9cm的寬度，以及0.5cm的高度。此 外，照明區(qū)域210(圖2C)不具有確切的邊界。因此，圖2C中所示的輪廓是對(duì)于特定強(qiáng)度水 平，如最大強(qiáng)度的10%的。在示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，輪廓210具有0. 7cm的高度和0. 7cm 的最大弧寬。此外，注意管狀壁201M(圖2B)具有2. Ocm的長(zhǎng)度。并且，穹頂201T和201B 中的每一個(gè)都具有0. 3cm的高度(見(jiàn)圖2C)和1. Icm的直徑(該直徑與管狀壁的直徑相 同)。注意，在此標(biāo)示的尺度僅僅是為了示例說(shuō)明，而在其他實(shí)施方式中使用了其他尺度。在一些實(shí)施方式中，成像區(qū)域212 (圖2A)以及照明區(qū)域210和211的位置更為靠 近頂部穹頂201T (也被稱為“近端”)，而更加遠(yuǎn)離底部穹頂201B (也被稱為“遠(yuǎn)端”)。內(nèi) 窺鏡內(nèi)封閉于兩個(gè)穹頂20IT和20IB或其中之一內(nèi)或者鄰近兩個(gè)穹頂20IT和20IB或其中 之一的鄰近空間在某些實(shí)施方式中用于容納各種電子組件，如通常用于膠囊內(nèi)窺鏡的類型的電池和無(wú)線發(fā)射器(未示出)。在其他實(shí)施方式中，照明和成像區(qū)域210和212重疊出一條中線(例如“赤道”)， 該中線位于離膠囊內(nèi)窺鏡的兩個(gè)穹頂201T和201B上的兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)的等距離 處。在其他實(shí)施方式中(也未示出)，照明和成像區(qū)域210和212居中于中線上并且在這 些實(shí)施方式中該中線穿過(guò)光軸交點(diǎn)204(圖2A ；未示出中線)。在一些實(shí)施方式中，成像區(qū) 域212和照明區(qū)域210(如圖2A中所示)具有它們相應(yīng)的互相偏離的中心，盡管在其他實(shí) 施方式中這兩個(gè)中心是重合的。參照?qǐng)D2A，照明區(qū)域210是由來(lái)自位于接近遠(yuǎn)端20IB處的短程光源206的光所形 成的。短程源206在沿著軸222的縱向方向上從光軸203偏移距離233。類似于光源206， 長(zhǎng)程光源205也在沿著軸222的縱向方向上從光軸203偏移，但方向是相反的。在圖2A中， 光源205以離光軸203的偏移距離234位于接近近端201T處。此外，如圖2B中所示，光源 218是由也在沿軸222的縱向方向上以離光軸203的偏移距離235偏向近端201T的反射鏡 來(lái)實(shí)施的。源206、205和218定位和定向在被選擇用以確保由管狀壁201M對(duì)來(lái)自這些源的 光所產(chǎn)生的任何反射都不會(huì)進(jìn)入光瞳202的位置和角度上。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式 中，短程偏移距離233為0. 2cm,長(zhǎng)程偏移距離234為0. 4cm,而反射鏡的偏移距離235為 0. 4cm0注意，如果來(lái)自源的光的角度分布收窄，那么偏移距離可以更小。相應(yīng)地，由反射鏡 反射的光線到縱向平面上的投影相對(duì)于來(lái)自其他兩個(gè)源的光線而言在狹窄的角度范圍之 中，而由于這個(gè)原因，反射鏡的偏移距離相對(duì)于其他兩個(gè)源的偏移距離而言也是相對(duì)較小 的。在一些實(shí)施方式中，光源205和206被操作用以根據(jù)組織241離內(nèi)窺鏡200的距 離來(lái)產(chǎn)生相對(duì)于彼此各不相同的輻射能量。組織的距離是由內(nèi)窺鏡200中(安裝在印刷電 路板249上)的控制器基于被組織反射并被相機(jī)的傳感器232感測(cè)的光的強(qiáng)度而確定的。 使用感測(cè)的強(qiáng)度，施加到源205和206的電流由控制器(見(jiàn)圖2 使用憑經(jīng)驗(yàn)確定的在輻 射能量與距離之間的關(guān)系來(lái)自動(dòng)地改變。在圖2E中所示的例子中，未示出來(lái)自源205的光 的強(qiáng)度分布。如果待成像組織與內(nèi)窺鏡200相接觸，那么可以操作源205來(lái)產(chǎn)生最低量的輻射 能量(乃至根據(jù)實(shí)施方式而切斷)。如上所述，接觸的組織是由來(lái)自短程源206的光照明 的。當(dāng)組織遠(yuǎn)離內(nèi)窺鏡時(shí)，(根據(jù)實(shí)施方式)可以同時(shí)地、協(xié)同地或者同期地使用所有多個(gè) 光源205、206和218，以提供生成可診斷圖像所需的照明。相應(yīng)地，用于成像的源的數(shù)量根 據(jù)距離而改變，以確保組織的圖像在預(yù)定強(qiáng)度范圍內(nèi)形成在相機(jī)內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，基于圖像實(shí)現(xiàn)由醫(yī)生進(jìn)行診斷所需的細(xì)節(jié)的分辨率的充分 度，而憑經(jīng)驗(yàn)提前選擇預(yù)定強(qiáng)度范圍。在其中為內(nèi)窺鏡確定組織的距離和/或發(fā)光體能量 發(fā)射的具體方式在各實(shí)施方式中是不同的。相應(yīng)地，鑒于本公開(kāi)內(nèi)容，多種用于確定組織的 距離和/或發(fā)光體能量發(fā)射的方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員都將是顯而易見(jiàn)的。在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡中包括多個(gè)光源使內(nèi)窺鏡能夠通過(guò)使用根據(jù)組織的距離 的不同量和/或分布的照明來(lái)對(duì)位于離內(nèi)窺鏡的不同位置處的組織進(jìn)行成像。在第一例子 中，當(dāng)組織位于與內(nèi)窺鏡的外表面接觸之處或者在離其非常短的距離Dl處(例如所關(guān)心的 體腔的直徑D的1/10以下)時(shí)，通過(guò)向LED 217提供電流以產(chǎn)生輻射能量E2(圖21)來(lái)照明組織241 (以及對(duì)組織進(jìn)行成像)。由此產(chǎn)生的照明包括由相應(yīng)的光束208A-208C經(jīng)由成 像區(qū)域212產(chǎn)生的強(qiáng)度分布四認(rèn)-219((圖2J和圖I)。在這時(shí)，長(zhǎng)程源LED 205被操作產(chǎn) 生極微量的能量E1，這造成分布215，并且其能量的大部分都在視野214之外，即不用于成 像。因此，如果合適，可以在這個(gè)階段將源205關(guān)閉。在第二例子中，組織位于離內(nèi)窺鏡的中間距離D2之處(例如體腔直徑的1/5左 右)并且如圖21中所示在內(nèi)窺鏡200中的LED 217和205都被驅(qū)動(dòng)用以產(chǎn)生相同量的輻 射能量E3。由此產(chǎn)生的照明現(xiàn)在包括強(qiáng)度分布215(圖2J和圖I)，其一部分現(xiàn)在與光軸 203重疊，盡管能量的大部分都在軸203的上方。注意，分布219B的峰值(并且因而其中 心)也已經(jīng)(在縱向方向上)移動(dòng)到了在分布215的峰值上方的位置。此外，分布219A的 峰值已經(jīng)從在軸203上方的位置移動(dòng)到了在峰值219C下方的位置。相應(yīng)地，在相機(jī)的視野 214內(nèi)的中間距離D2處，長(zhǎng)程源LED 205提供與短程源LED 217所提供的照明大致相同的 照明量。在第三例子中，組織位于另一中間距離D3處(例如體腔直徑的1/3左右)并且長(zhǎng) 程源LED 205被操作產(chǎn)生幾乎是短程源LED 217的能量E4的兩倍的能量E5 (圖21)。在 距離D3處的強(qiáng)度分布215(圖2J和圖2K)構(gòu)成照明的大部分(例如提供> 50%的能量)。 因此，長(zhǎng)程源LED 205提供大部分的照明。注意，在距離D3處，分布219A和219B的峰值位 于相機(jī)的視野214之外。雖然分布219C的峰值在視野214之內(nèi)，但該分布對(duì)總照明的貢獻(xiàn) 很小(例如20%以下)。最后，在第四例子中，組織位于大距離D4處(例如體腔直徑的1/2左右)，長(zhǎng)程源 LED 205被提供以比短程源LED 217的功率P4 (其功率P4保持與在距離D3處的功率相同) 大一個(gè)數(shù)量級(jí)的功率P6。如圖I中所示，來(lái)自長(zhǎng)程源LED 205的強(qiáng)度分布215提供主要照 明。在距離D4處，來(lái)自短程源LED 217的貢獻(xiàn)最小(例如5%或更小)。注意，在圖21中所示類型的一些實(shí)施方式中，每個(gè)像素的積分時(shí)間都相對(duì)于另一 像素移位，盡管像素都具有公共積分時(shí)間，在此時(shí)間中內(nèi)窺鏡內(nèi)的每個(gè)LED例如被一個(gè)接 一個(gè)地按順序開(kāi)啟，或者全都被同時(shí)開(kāi)啟。還應(yīng)注意，由LED發(fā)出的(并且因此被像素捕獲 的)輻射能量的量取決于LED被開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間以及LED在其開(kāi)啟期間的功率輸出。在下 表中為一個(gè)特定的示例說(shuō)明性實(shí)施方式提供了以上所討論的距離與輻射能量的總結(jié)，且下 表中的數(shù)字為例子，其在其他實(shí)施方式中具有不同數(shù)值。在下表中，P為從內(nèi)窺鏡的縱軸 到組織所位于其中的平面的距離，R為內(nèi)窺鏡的半徑，Utop與頂部長(zhǎng)程LED的光能成正比， 而Ubottom與短程源LED 217的光能成正比
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)窺鏡，包括殼體，其小到足以通過(guò)人類的胃腸道； 發(fā)射器，其封閉在所述殼體內(nèi)，用以向外部設(shè)備傳輸圖像數(shù)據(jù)； 包括封閉在所述殼體內(nèi)并耦合到所述發(fā)射器的至少一個(gè)傳感器的組，所述組向所述發(fā) 射器提供所述圖像數(shù)據(jù)；其中所述殼體的第一區(qū)域是由所述殼體的表面與進(jìn)入所述殼體以形成所述圖像數(shù)據(jù) 的第一電磁輻射的相交所限定的；源，其封閉在所述殼體內(nèi)，用以產(chǎn)生射出所述殼體的第二電磁輻射； 其中所述源被定位在這樣的位置使得射出所述殼體的第二電磁輻射的大部分穿過(guò)所 述殼體的不與所述第一區(qū)域重疊的第二區(qū)域；其中所述第一電磁輻射的一部分來(lái)自于所述胃腸道對(duì)所述第二電磁輻射的一部分的 反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中所述組由包含于所述內(nèi)窺鏡中并封閉在所述殼體內(nèi)的處理器耦合到所述發(fā)射器； 額外的電磁輻射進(jìn)入所述殼體以形成也由所述組提供給所述處理器的額外數(shù)據(jù)；以及 所述處理器排除所述額外數(shù)據(jù)以獲得提供給所述發(fā)射器的所述圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中所述組由包含于所述內(nèi)窺鏡中并封閉在所述殼體內(nèi)的處理器耦合到所述發(fā)射器；以及 所述處理器在無(wú)任何裁剪的情況下將所述圖像數(shù)據(jù)提供給所述發(fā)射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中所述殼體包括管狀壁以及在其相對(duì)兩端蓋住所述管狀壁的一對(duì)穹頂，以形成膠囊； 所述源由所述管狀壁所包圍并且所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域都在所 述管狀壁的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中 所述源在以下被稱為第一源；所述內(nèi)窺鏡還包括封閉在所述殼體內(nèi)的第二源； 所述內(nèi)窺鏡還包括封閉在所述殼體內(nèi)的環(huán)形壁；多個(gè)路徑對(duì)應(yīng)于多條來(lái)自所述第二源的光線，所述多個(gè)路徑穿過(guò)所述環(huán)形壁以到達(dá)所 述殼體，并在沒(méi)有所述環(huán)形壁時(shí)從其反射以在所述殼體內(nèi)形成所述第二源的鏡像；以及其中所述環(huán)形壁是不透明的并且被定位在鄰近所述第二源處，以阻擋沿著所述路徑的 多條光線的通過(guò)，從而防止由所述多條光線對(duì)所述鏡像的所述形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中 所述源在以下被稱為第一源；所述殼體具有大于一的寬高比； 縱向平面穿過(guò)所述殼體的縱軸； 所述內(nèi)窺鏡還包括第二源；以及 所述縱向平面穿過(guò)所述第一源和所述第二源中的每個(gè)源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的內(nèi)窺鏡，其中所述第一源在所述縱軸的方向上偏離所述第二源；所述內(nèi)窺鏡具有光瞳，所述第一電磁輻射通過(guò)其進(jìn)入所述殼體以形成所述圖像數(shù)據(jù)；以及所述光瞳位于所述第一源與所述第二源之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中幾乎所有的所述第二電磁輻射都穿過(guò)所述第二區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中 所述源在以下被稱為第一源； 所述位置在以下被稱為第一位置；所述內(nèi)窺鏡還包括封閉在所述殼體內(nèi)的第二源，以產(chǎn)生射出所述殼體的第三電磁輻射；其中所述第二源被定位在第二位置，使得射出所述殼體的第三電磁輻射的大部分通過(guò) 所述第一區(qū)域。
10.一種設(shè)備，包括殼體，其小到足以通過(guò)人類的胃腸道；源，其封閉在所述殼體內(nèi)，所述源包括一對(duì)在其間具有電流通過(guò)的端子以及至少一個(gè) 電磁輻射發(fā)射體，所述至少一個(gè)發(fā)射體通過(guò)所述一對(duì)端子被供電；光學(xué)元件，其封閉在所述殼體內(nèi)并且偏離所述源，所述光學(xué)元件位于由所述源所發(fā)射 的電磁輻射的一部分的路徑之中，所述光學(xué)元件以這樣的方式位于所述殼體之中使得所 述電磁輻射的部分的至少一部分變?yōu)閺乃龉鈱W(xué)元件入射到所述殼體的表面上；其中所述光學(xué)元件在一個(gè)平面的第一側(cè)而所述源在所述平面的第二側(cè)，并且來(lái)自所述 源的所有電磁輻射都在所述平面的所述第二側(cè)發(fā)射；以及至少一個(gè)相機(jī)，其封閉在所述殼體內(nèi)，其中通過(guò)所述電磁輻射的所述部分的所述大部 分的至少一部分從所述胃腸道的反射而在所述至少一個(gè)相機(jī)中形成至少一個(gè)圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述源與所述相機(jī)之間的第一距離小于所述源與所述光學(xué)元件之間的第二距離；以及 所述光學(xué)元件包括反射面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中 所述殼體具有大于一的寬高比；以及所述源與所述相機(jī)之間在所述殼體的縱軸的方向上的第一偏離小于所述源與所述光 學(xué)元件之間在所述方向上的第二偏離。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述源與所述相機(jī)之間的第一距離大于所述源與所述光學(xué)元件之間的第二距離；以及 所述光學(xué)元件限制從所述源入射于其上的所述光的一部分的角度發(fā)散。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述光學(xué)元件具有面向所述源的輸入光圈，以及與所述輸入光圈分立和相對(duì)的輸出光 圈；以及射出所述輸出光圈的電磁輻射的角度發(fā)散小于進(jìn)入所述輸入光圈的電磁輻射的角度發(fā)散。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述光學(xué)元件包括透鏡，并且所述透鏡降低所述輸入光圈與所述輸出光圈之間的角度發(fā)散。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述光學(xué)元件包括反射面，并且所述反射面位于所述輸入光圈與所述輸出光圈之間， 定向用以降低在所述輸入光圈進(jìn)入所述光學(xué)元件的所述電磁輻射的角度發(fā)散。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其中所述反射面包含在集中器中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述反射面由截頂復(fù)合拋物面集中器(CPC)限定。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述光學(xué)元件具有額外的輸入光圈和額外的輸出光圈；以及電磁輻射的額外部分通過(guò)所述額外的輸入光圈進(jìn)入所述光學(xué)元件并且在所述額外的 輸出光圈射出所述光學(xué)元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述光學(xué)元件包括反射面，其將所述電磁輻射的額外部分的至少一部分反射向所述額 外的輸出光圈。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中所述反射面是一層的一側(cè)，所述層具有另一側(cè)，該另一側(cè)反射進(jìn)入所述輸入光圈的所 述電磁輻射；以及所述層包括(a)單金屬層或者(b) —個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層和/或一個(gè)或多個(gè)金屬層的多 層堆棧中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中縱向平面穿過(guò)由所述殼體的表面與所述相機(jī)的光軸的相交所形成的點(diǎn)(以下的“交 點(diǎn)”)，所述縱向平面還穿過(guò)弧AB的曲率中心C，弧AB由所述殼體的所述表面與平行于所述 光軸并穿過(guò)所述交點(diǎn)的橫向平面的相交限定，所述橫向平面與所述縱向平面的定向相互垂 直；以及所述光學(xué)元件限制從所述輸出光圈發(fā)射的大部分照明光線的角度發(fā)散，使得所述大部 分照明光線在從所述交點(diǎn)反射后到所述縱向平面上的投影與所述殼體的所述表面的法線 成角度Qpei) eFW+a，其中eFW為相機(jī)投影在所述縱向平面中的視野的半角，而a為 所述表面的所述法線與所述光軸之間的角。
23.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中由所述源發(fā)出的第一照明光線以入射角Qi入射在所述殼體上并且以相對(duì)于線N的相 同反射角θ ^皮反射，所述線N平分由所述第一照明光線與由所述殼體對(duì)所述第一照明光 線的反射所產(chǎn)生的反射光線所形成的角；U點(diǎn)存在于同所述入射光線共線的第一線與同所述反射光線共線的第二線相交之處；第一圖像形成光線與線N形成角度ο，所述第一圖像形成光線包含在多個(gè)圖像形成光 線之中，所述多個(gè)圖像形成光線形成所述圖像的提供給包含于所述設(shè)備中的發(fā)射器的經(jīng)裁 剪的部分；來(lái)自所述源的額外的照明光線的角度受限，使得對(duì)于入射在所述殼體上的任何額外的照明光線與包含于所述多個(gè)圖像形成光線中的對(duì)應(yīng)的額外的圖像形成光線的對(duì)子中的大 部分而言，θ i > σ ；所述第一圖像形成光線在位于所述殼體與所述相機(jī)之間的自由空間內(nèi)時(shí)與穿過(guò)所述U 點(diǎn)和所述相機(jī)的光瞳的線共線；以及所述線與所述第一照明光線和所述反射光線共面。
24.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述光學(xué)元件的表面為截頂復(fù)合拋物面集中器的表面；以及所述光學(xué)元件為環(huán)形形狀，其在內(nèi)壁與外壁之間包括多個(gè)輻條。
25.根據(jù)權(quán)利要求M的設(shè)備，其中所述第一光源包括發(fā)光二極管(LED)，其封裝在封包的腔內(nèi)；以及所述光學(xué)元件安裝在所述封包上，且所述光學(xué)元件的外壁的至少一部分懸于所述腔的 開(kāi)口之上。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，其中所述開(kāi)口的面積大于所述光學(xué)元件面向所述源的光圈的面積。
27.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述光學(xué)元件在以下為第一光學(xué)元件；所述源與所述相機(jī)之間的第一距離小于所述源與所述第一光學(xué)元件之間的第二距離， 并且所述第一光學(xué)元件包括反射面；所述設(shè)備還包括第二光學(xué)元件；以及所述第一距離大于所述源與所述第二光學(xué)元件之間的第三距離，并且所述第二光學(xué)元 件限制從所述源入射到其上的光的所述一部分的角度發(fā)散。
28.一種體內(nèi)成像的方法，包括內(nèi)窺鏡，其從殼體的第一區(qū)域發(fā)射第一電磁輻射用以照明胃腸道；所述內(nèi)窺鏡從所述內(nèi)窺鏡的第二區(qū)域發(fā)射第二電磁輻射用以進(jìn)一步照明所述胃腸道；其中所述第一區(qū)域大于所述第二區(qū)域；以及所述內(nèi)窺鏡在存儲(chǔ)器內(nèi)儲(chǔ)存通過(guò)所述第一區(qū)域接收到的由所述胃腸道對(duì)所述第一電 磁輻射和所述第二電磁輻射的反射所形成的圖像的至少一部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀的方法，其中所述發(fā)射和所述儲(chǔ)存在所述內(nèi)窺鏡處于相對(duì)于所述 胃腸道的第一位置時(shí)執(zhí)行，所述方法還包括響應(yīng)于所述內(nèi)窺鏡到第二位置的移動(dòng)——在此，當(dāng)測(cè)量于公共方向上時(shí)，由所述移動(dòng) 在所述第一區(qū)域的距所述胃腸道的第一距離dl中所產(chǎn)生的第一增量Adl大于由所述移動(dòng) 在所述第二區(qū)域的距所述胃腸道的第二距離d2中所產(chǎn)生的第二增量Ad2——所述內(nèi)窺鏡 自動(dòng)地將來(lái)自所述第二區(qū)域的所述第二電磁輻射中發(fā)射的輻射能量E2增大第二量ΔΕ2， 同時(shí)將所述第一電磁輻射中發(fā)射的輻射能量增大第一量ΔΕ1，所述第一量ΔΕ1小于所述 第二量ΔΕ2;以及在所述增大之后，所述內(nèi)窺鏡在所述存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存來(lái)自所述第二位置的所述道的另一 圖像的另一部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其還包括所述內(nèi)窺鏡使用第一源產(chǎn)生所述第一電磁輻射；來(lái)自所述第一源的所述第一電磁輻射的至少第一部分在被位于所述第一源與所述殼 體之間的光學(xué)元件反射后入射在所述第一區(qū)域上，并且來(lái)自所述第一源的所述第一電磁輻 射的至少第二部分在不被所述光學(xué)元件反射的情況下入射在所述第一區(qū)域上，所述第一部 分大于所述第二部分；其中所述光學(xué)元件在一個(gè)平面的第一側(cè)并且所述第一源在所述平面的第二側(cè)并且來(lái) 自所述第一源的所有電磁輻射都在所述平面的所述第二側(cè)發(fā)射；以及所述內(nèi)窺鏡使用第二源產(chǎn)生所述第二電磁輻射，大部分來(lái)自所述第二源的所述第二電 磁輻射都在無(wú)所述第二源與所述殼體之間的反射的情況下入射在所述第二區(qū)域上；其中每個(gè)源封閉在所述內(nèi)窺鏡的殼體內(nèi)，并且每個(gè)源包括一對(duì)具有電流流經(jīng)其間的端 子以及至少一個(gè)通過(guò)所述一對(duì)端子來(lái)供電的電磁輻射發(fā)射體。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀的方法，其中所述內(nèi)窺鏡透射被所述內(nèi)窺鏡內(nèi)的光學(xué)元件反射后的所述第一電磁輻射的大部分；其中所述光學(xué)元件在一個(gè)平面的第一側(cè)，而所述第一電磁輻射的第一源在所述平面的 第二側(cè)，并且來(lái)自所述第一源的所有電磁輻射都在所述平面的所述第二側(cè)發(fā)射；以及所述內(nèi)窺鏡在不被所述光學(xué)元件反射的情況下透射大部分所述第二電磁輻射。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其還包括所述內(nèi)窺鏡為用于感測(cè)所述圖像的多個(gè)區(qū)段中的各區(qū)段計(jì)算平均亮度值；所述內(nèi)窺鏡計(jì)算為各區(qū)段所計(jì)算的所述平均亮度值與對(duì)于所述各區(qū)段的目標(biāo)亮度值 之間的差異；以及所述內(nèi)窺鏡至少部分地基于所述差異來(lái)計(jì)算用于產(chǎn)生所述第二電磁輻射的驅(qū)動(dòng)電流。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中基于為所述多個(gè)區(qū)段中的各區(qū)段分別計(jì)算的多個(gè)所述差異的線性組合而獲得所述驅(qū) 動(dòng)電流的變化。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所述線性組合包括所述差異的向量與取值矩陣的乘法計(jì)算，每個(gè)取值都被基于驅(qū)動(dòng)電 流而選擇成為多個(gè)預(yù)定值中的一個(gè)。
全文摘要
一種使用多個(gè)源(205、206)來(lái)照明組織(241)的體內(nèi)內(nèi)窺鏡(200)。來(lái)自短程源(206)的光通過(guò)與成像區(qū)域(212)重疊的第一照明區(qū)域(210)射出內(nèi)窺鏡(200)的管狀壁，并且光在被組織反射后通過(guò)成像區(qū)域(210)返回，以在相機(jī)(304)中形成圖像。來(lái)自長(zhǎng)程源(205)的光通過(guò)不與成像區(qū)域(212)重疊的第二照明區(qū)域(211)射出管狀壁(201M)。一些實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡200包括反射鏡(218)，并且來(lái)自短程源(206)的發(fā)射體的光被分裂并從相機(jī)(304)的光軸(306)的兩側(cè)到達(dá)第一照明區(qū)域(210)。用光的分裂部分照明第一照明區(qū)域(210)產(chǎn)生比直接用未分裂光束的照明更高的照明均勻性。由每個(gè)源(205、206)所產(chǎn)生的能量根據(jù)要進(jìn)行成像的組織的距離(d1、d2)而改變。
文檔編號(hào)A61B1/06GK102046065SQ200980120587
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
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