專利名稱：具有全景照相機(jī)的體內(nèi)傳感器的制作方法
具有全景照相機(jī)的體內(nèi)傳感器
背景
各種各樣的自控裝置已經(jīng)被發(fā)展，所述自控裝置被設(shè)置為從體內(nèi)的通
道和身體內(nèi)的腔內(nèi)部來捕獲圖像，所述通道和腔諸如那些胃腸(GI)道內(nèi) 部的通道和腔。這些裝置典型地包括與照明用的光源一起封裝于膠嚢內(nèi)的 數(shù)字照相機(jī)。所述膠嚢可以由電池或由來自身體外部的感應(yīng)電傳遞來供 電。所述膠嚢還可以包含存儲(chǔ)器和/或無線電發(fā)射器，其中所述存儲(chǔ)器用于 存儲(chǔ)所捕獲到的圖像，所述無線電發(fā)射器用于發(fā)送數(shù)據(jù)給身體外部的體外 接收器。
普通診斷程序包括患者吞服膠嚢，于是照相機(jī)開始捕獲圖像，并且隨 著所述膠嚢在蠕動(dòng)動(dòng)作下經(jīng)過由胃腸道內(nèi)部組織壁構(gòu)成的腔而被動(dòng)地移 動(dòng)時(shí)，間隔一定時(shí)間地連續(xù)捕獲圖像。所述膠嚢作為診斷工具的價(jià)值取決 于它對所關(guān)注的器官或多個(gè)器官的整個(gè)內(nèi)表面的圖像的捕獲。不像由醫(yī)師 機(jī)械地操縱的內(nèi)窺鏡，膠嚢照相機(jī)的方位和移動(dòng)不在操作者的控制下，且 單獨(dú)決定于所述膠嚢的物理特征和體腔的物理特征與動(dòng)作，所述膠囊的物 理特征包括諸如它的尺寸、形狀、重量和表面粗糙度。膠囊的物理特征及 其內(nèi)部圖像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與操作必須被最優(yōu)化，以最小化風(fēng)險(xiǎn)，所述風(fēng)險(xiǎn)是 指當(dāng)膠嚢通過腔時(shí)，目標(biāo)內(nèi)腔的一些區(qū)域沒有被成像。
根據(jù)所成像的器官的尺寸，兩種通用圖像捕獲方案可以被想象。在相 對狹窄的通道中，諸如食道和小腸，橢圓型的且其長度較小于直徑通道的 膠嚢，將自然地調(diào)整它自己縱向地處于所述通道內(nèi)。典型地，照相機(jī);波置 于所述膠嚢一端(或兩端)的透明官頂下。照相機(jī)面向通道下方，以致圖 像的中心包含一個(gè)黑洞。所關(guān)注的區(qū)域是在圖像外圍的腸壁。
膠囊100被裝入外殼101中，以使它可以體內(nèi)行進(jìn)于器官102的內(nèi)部， 在內(nèi)腔104之內(nèi)，所述器官102諸如食道或小腸。膠嚢可以與器官的內(nèi)表
8面106、 108保持接觸，且照相機(jī)鏡頭孔IIO可以捕獲在其視場112內(nèi)的圖 像。膠囊可以包括輸出端口 114、電源116、存儲(chǔ)器118、圖像壓縮器120 電路、圖像處理器122和發(fā)光二極管(LED) 126,其中所述輸出端口 114 用于輸出圖像數(shù)據(jù)，所述電源116用于給照相機(jī)的組件供電，所述存儲(chǔ)器 118用于存儲(chǔ)圖像，所述壓縮器120電路用于壓縮圖像以使其存儲(chǔ)于存儲(chǔ) 器內(nèi)，所述圖像處理器122用于處理圖像數(shù)據(jù)，所述發(fā)光二極管(LED) 126用于照亮表面106、 108，以使圖像可由于被所述表面散射的光而被捕 獲。
理想的是，對于每幅圖像，具有適當(dāng)更大圖像面積的是腸內(nèi)壁，且在 中心具有適當(dāng)較小的縮小的洞。因此，大FOV是理想的。 一種典型的FOV 為140° 。遺憾地，簡單的廣角鏡頭在大視場角處將呈現(xiàn)增加的畸變以及 降低的分辨率和數(shù)值光圈。高性能廣角鏡頭和"魚眼"鏡頭通常相對于光 圈和焦距較大，并由許多鏡頭元件構(gòu)成。膠囊照相機(jī)受限于緊湊和廉價(jià)的 要求，且這些構(gòu)造類型不是效能成本合算的。進(jìn)一步地，這些常規(guī)的裝置 浪費(fèi)這些鏡頭前面區(qū)域的照明，因此用于提供那些照明的電力也被浪費(fèi) 掉。因?yàn)槟芰肯目偸撬P(guān)心的事情，故這樣的浪費(fèi)照明是個(gè)問題。更進(jìn) 一步地，由于視場中的腸壁遠(yuǎn)離所述膠嚢延伸，故它被透視縮短，并需要 相當(dāng)大的景深以全面地清晰成像。景深以曝光靈敏度為代價(jià)。
第二種方案出現(xiàn)在當(dāng)膠嚢處于諸如結(jié)腸那樣的腔內(nèi)時(shí)，腔的直徑大于 膠嚢的任何尺寸。在此方案中，膠嚢的方位是很難預(yù)測的，除非有一些機(jī) 械裝置穩(wěn)定之。假設(shè)器官是空無食物、糞便和液體的，則作用于膠囊的主 要的力是重力、表面張力、摩擦力和腔壁壓迫膠嚢的力。所述腔施加壓力 給膠嚢，所述壓力既作為對其它力的被動(dòng)反作用力，也作為蠕動(dòng)的周期性 的主動(dòng)壓力，其中所述其它力諸如迫使膠嚢緊靠所述腔的重力。這些力決 定了膠嚢運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性以及它在靜態(tài)期間的方位。這些力中每個(gè)的大小 和方向都受膠嚢和腔的物理特性影響。例如，膠嚢的質(zhì)量越大，重力越大， 且膠嚢越光滑，摩擦力就越小。結(jié)腸壁中的起伏往往使膠嚢傾斜，這樣膠 嚢的縱軸就不平行于結(jié)腸的縱軸。
同樣，無論在大腔或小腔中，眾所周知都有成囊(sacculation),所述成囊難以從僅處于前視方位的膠嚢中看到。例如，脊(ridge)存在于小腸 和大腸以及其它器官的壁上。這些脊有點(diǎn)垂直于器官壁地延伸，且難于看 見背后。為了完全地觀察組織表面，需要側(cè)角度或倒轉(zhuǎn)角度。常規(guī)裝置不 能看到這樣的表面，因?yàn)樗鼈兊腇OV基本是前視的。對于醫(yī)師來說，看 見這些器官的所有區(qū)域是重要的，這是因?yàn)橄⑷饣蚱渌灰?guī)則體需要被徹 底觀察，以用于準(zhǔn)確診斷。由于常規(guī)膠囊不能看見脊周圍的隱藏區(qū)域，故 可能會(huì)遺漏不規(guī)則體，且重大醫(yī)學(xué)疾病的關(guān)鍵診斷可能是有缺陷的。因此， 就存在對于使用膠嚢對這些經(jīng)常被遺漏的區(qū)域進(jìn)行更精確觀察的需要。
圖2顯示了一種相對直接的實(shí)例，其中通道134是相對水平的，除脊 136以外，所述通道134例如是人類結(jié)腸，且膠嚢位于通道134的底面132 上，照相機(jī)的光軸平行于結(jié)腸的縱軸。所述脊顯示出一個(gè)如上討論的lt難 觀察區(qū)域，其中前表面138是可被膠囊100在它接近所述脊時(shí)看見并觀察 到的。然而，膠囊140的背后是不能被膠嚢鏡頭看見的，因?yàn)橛邢薜腇OV 110達(dá)不到那個(gè)表面。具體說，F(xiàn)OV的范圍110遺漏了部分表面，且更是 遺漏了顯示為息肉142的不規(guī)則體。
視場110內(nèi)的三個(gè)目標(biāo)點(diǎn)被標(biāo)注為A、 B和C。目標(biāo)距離對于此三個(gè) 點(diǎn)很不同，視野范圍112在膠嚢的一側(cè)寬于另一側(cè)，這樣就需要大的景深 以同時(shí)為所有三個(gè)目標(biāo)點(diǎn)產(chǎn)生足夠的聚焦。同樣，如果LED(發(fā)光二極管) 照明器為整個(gè)角度視場(angularFOV)提供統(tǒng)一的光通量，那么點(diǎn)A將被 比點(diǎn)B照得更亮，且點(diǎn)B比點(diǎn)C照得更亮。因此，對點(diǎn)B的最佳曝光導(dǎo) 致點(diǎn)A的曝光過度和點(diǎn)C的曝光不足。對于每幅圖像，只有FOV的較小 部分會(huì)具有適當(dāng)?shù)木劢购推毓?，這使得系統(tǒng)低效。電力被閃光和成像器消 耗于圖像的每個(gè)部分，所迷成像器可以是CMOS或CCD像素的陣列。此 外，不經(jīng)圖像壓縮，更多的系統(tǒng)資源將被消耗于存儲(chǔ)或發(fā)送具有低信息容 量的圖像部分。為了最大化結(jié)腸內(nèi)部所有表面都被充分成像的可能性，需 要有效冗余，即多重重疊圖像。
減輕這些問題的一種方案，是減小瞬時(shí)FOV,但使FOV為可變的。 專利申請2005/0146644公開了 一種具有旋轉(zhuǎn)視場的體內(nèi)傳感器。照明源也 可以與視場一起旋轉(zhuǎn)，以使瞬時(shí)FOV以外的區(qū)域就不會(huì)被白白地照亮。這并沒有完全避免浪費(fèi)照明的問題，且此外當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)還造成了另外的動(dòng)力 需求。同樣，此新:忮術(shù)本身沒有解決上面討:論的景深和曝光控制問題。
因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中就存在對更加改進(jìn)的系統(tǒng)和方法的需要，所述 系統(tǒng)和方法是用于借助膠嚢對器官進(jìn)行體內(nèi)觀察，其中更好的視角可以提 供對組織表面更好的觀察結(jié)果。如下面將看到的，本發(fā)明提供了這樣的系 統(tǒng)和方法，它們克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題，且采用了極好的方式。


圖1表明了小腸中膠嚢照相機(jī)的視場。
圖2表明了大腸中膠嚢照相機(jī)的視場。
圖3a-b表明了內(nèi)窺鏡膠囊中的全景環(huán)形鏡頭(PAL)。
圖4表明了鏡頭光軸沿圓柱體縱軸定位的膠嚢。
圖5表明了一種全景照相機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)，其中發(fā)光二極管(LED)位 于第一反射鏡外側(cè)的下方，且在第一反射鏡外側(cè)。
圖6表明了進(jìn)入膠嚢的光路。
圖7表明了全景膠嚢照相機(jī)和LED照明器的另一種實(shí)施方式，其中所 述LED、外殼和第一反射鏡外側(cè)之間的區(qū)域被一種指標(biāo)匹配的灌封材料充滿。
圖8進(jìn)一步表明了用于圖7實(shí)施方式的光路。
概要
我們提供一種利用全景照相機(jī)的膠嚢照相機(jī)。全景照相機(jī)提供一個(gè)超 過180。的FOV， <旦在該FOV中心處才莫糊。例如，所述FOV可以具有全 360°綿度角和從160°至200°經(jīng)度角。全景環(huán)形鏡頭被首次描述于US 4,566,763中，且改進(jìn)被描述于US 5,473,474中。全景FOV降低了照相機(jī) 在它經(jīng)過器官時(shí)對器官的一些部分成像失敗的可能性，即使它的方位是可 變的也是如此。我們也公開了一種附于膠嚢上的氣囊或多個(gè)氣嚢的使用，
ii所述氣嚢將膠嚢置于腔的中心附近，并維持縱向的膠嚢方位，所述腔諸如
結(jié)腸，它的直徑大于膠囊直徑。全景FOV中的結(jié)腸壁距離照相機(jī)則是幾
乎等距的，這減小了所需景深，并簡化了曝光。
本發(fā)明的詳細(xì)描述
本發(fā)明目的在于一種全景體內(nèi)照相機(jī)系統(tǒng)。在一種實(shí)施方式中，所述 系統(tǒng)被設(shè)置于膠嚢內(nèi)，且全景照相機(jī)被裝入膠嚢中，并一皮設(shè)置為捕獲所述 膠嚢周圍或其它位置處的組織表面的全景。 一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置為給照相 機(jī)系統(tǒng)照亮膠嚢外的所關(guān)注區(qū)域。更概括地，本發(fā)明提供了一種包括外殼 的遠(yuǎn)程圖像捕獲系統(tǒng)，所述外殼作為傳送系統(tǒng)，例如膠囊。此外殼為了功 能和保護(hù)目的，封裝所述遠(yuǎn)程圖像捕獲系統(tǒng)。照相機(jī)一皮封裝在外殼內(nèi)，并 被設(shè)置以捕獲直接圍繞外殼的環(huán)境的全景圖像，諸如在受治療者的食道、 大腸或小腸、或其他器官內(nèi)。還包含光源，以提供照明源給照相機(jī)。至少 一個(gè)電源可以電連接于所述光源和處理系統(tǒng)，以為它們提供電力。
所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括透明窗，以使圖像曝光在全景照相機(jī)上。所述 全景照相機(jī)可以被設(shè)置為有經(jīng)向視場和綿向視場，所述照相機(jī)被設(shè)置為在 所述視場中捕獲器官的全景圖像。
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明目的在于提供一種體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其 中所述系統(tǒng)包括具有入射光瞳的照相機(jī)，所述照相機(jī)設(shè)置為捕獲圍繞照相 機(jī)的環(huán)境的全景圖像，其中所述全景圖像被捕獲于單一像平面上。所述系 統(tǒng)進(jìn)一步包括用于提供照明源給照相機(jī)的光源，以及用于封裝照相機(jī)和光 源的封閉外殼。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于提供電力給光源和照相機(jī)的 電源，且所述電源可以是位于膠嚢內(nèi)部的電池。所述電源可以是位于膠囊 外部的感應(yīng)電源，且設(shè)置為將電感應(yīng)到膠嚢中以便給照相機(jī)和照明源供 電。所述封閉外殼可以包括用于使光穿過而進(jìn)入全景照相機(jī)的透明窗，其
中所述全景照相機(jī)祐:設(shè)置為具有經(jīng)向視場和綿向視場，其中所述經(jīng)向視場 是由相對于膠嚢縱軸的視野角范圍界定的，所述綽向視場是由環(huán)繞縱軸的 方位角的全景范圍界定的，以使所述照相機(jī)能夠捕獲全景圖像，所述全景
圖像基本覆蓋360度的綷向FOV和從大于0度的某些角度至大于90度的其他角度的范圍內(nèi)的經(jīng)向FOV。
所述照相機(jī)可以具有縱軸，以使角度FOV基本在其整體中包括一個(gè) 平面，其中所述平面與所述縱軸垂直，并與光瞳相交(intersect )。所述系 統(tǒng)可以包括光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有被設(shè)置為將圖像聚焦于單一像平面 的全景環(huán)形鏡頭。膠嚢可以被設(shè)置為具有橢圓形狀的主體，并且具有沿主 體長度方向的縱軸，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括具有全景環(huán)形鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)，所 述全景環(huán)形鏡頭使圖像能夠被全景照相機(jī)圍繞縱軸徑向地捕獲，并被捕獲 于所述單一j象平面上。照相才幾可以定位于月交嚢內(nèi)，以圍繞縱軸徑向地捕獲 圖像，并具有FOV，所述FOV基本垂直于膠嚢，以使得對組織表面的觀 察能夠被定位成平行于膠嚢行進(jìn)的主要方向，且使得能夠?qū)⒔M織表面的圖 像捕獲于單一像平面上。膠嚢可以具有橢圓形狀的外殼，且其中照相機(jī)被 定位于外殼內(nèi)，以沿著主體的軸且圍繞縱軸徑向地捕獲圖像，所述系統(tǒng)進(jìn) 一步包括具有全景環(huán)形鏡頭和窗口的光學(xué)系統(tǒng)，所述窗口基本圍繞橢圓主 體區(qū)域定位，以接收從目標(biāo)進(jìn)入全景環(huán)形鏡頭的光線。所述縱軸可以是全 景環(huán)形鏡頭的對稱同心軸。
所述全景環(huán)形鏡頭可以具有對稱同心軸，并包括兩個(gè)折射面和兩個(gè)反 射面，該兩個(gè)折射面和兩個(gè)反射面被設(shè)置為允許入射光通過第 一折射面進(jìn) 入透明介質(zhì)。另外，所述全景環(huán)形鏡頭可以具有對稱同心軸，并包括兩個(gè) 折射面和兩個(gè)反射面，該兩個(gè)折射面和兩個(gè)反射面祐:設(shè)置為允i午入射光通 過第一折射面進(jìn)入透明介質(zhì)，被第一反射面反射，然后被第二反射面反射， 并繼而通過第二折射面離開介質(zhì)。所述全景環(huán)形鏡頭可以被設(shè)置為以一個(gè) 圓柱形的視場產(chǎn)生圖像，所述圓柱形視場是從所述同心軸的角度來看的。 所述反射面和折射面可以是旋轉(zhuǎn)二次曲面，且其中第 一反射鏡的二次曲線 常數(shù)處于-0.6至+2的范圍內(nèi)。所述反射面和折射面也可以是旋轉(zhuǎn)二次曲面， 其中第一反射面的二次曲線常數(shù)處于-0.6至+2的范圍，此處第二反射面的 二次曲線常數(shù)被選擇為小于第 一反射面的二次曲線常數(shù)。所述反射面和折 射面可以是S走轉(zhuǎn)二次曲面、^求面或非3求面之一。
系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)處理器，該數(shù)據(jù)處理器設(shè)置為產(chǎn)生由多幅捕 獲圖像組成的連續(xù)圖像。所述數(shù)據(jù)處理器可以被定位于膠嚢外部。所述數(shù)據(jù)處理器可以被設(shè)置為產(chǎn)生由多幅相鄰的捕獲圖像組成的連續(xù)圖像。所述 系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括被設(shè)置為存儲(chǔ)所捕獲的圖像的存儲(chǔ)器，此處所述存儲(chǔ) 器是電子存儲(chǔ)器或其他類型的存儲(chǔ)器。所述存儲(chǔ)器可以被定位于膠嚢內(nèi)。 所述存儲(chǔ)器可以被定位于膠囊內(nèi)，其中所述處理器被設(shè)置為壓縮圖像數(shù) 據(jù)，并將壓縮的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于電子存儲(chǔ)器內(nèi)。
所述存儲(chǔ)器可以被定位于膠嚢外，其中圖像數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)， 以供后續(xù)處理，且所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括遠(yuǎn)程處理器，該遠(yuǎn)程處理器祐二 設(shè)置為壓縮圖像數(shù)據(jù)并將壓縮的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)。
所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括發(fā)送模塊，該發(fā)送模塊^L設(shè)置為發(fā)送由全景 照相機(jī)捕獲到的圖像給遠(yuǎn)程接收器，該遠(yuǎn)程接收器被設(shè)置為接收捕獲圖 像。所述發(fā)送模塊可以被設(shè)置為發(fā)送由全景照相機(jī)捕獲到的圖像給遠(yuǎn)程接 收器，所述遠(yuǎn)程接收器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器^皮設(shè)置為存儲(chǔ)捕獲到 的圖像以供圖像處理器處理。
操作中，所述系統(tǒng)可以執(zhí)行一種體內(nèi)成像方法，通過提供一種用于將 胃腸道全景體內(nèi)成像于單一像平面上的裝置。所述方法進(jìn)一步包括從膠嚢
發(fā)射電磁輻射；并接收來自組織表面的電磁輻射反射，以用于形成來自于 視場的該組織的全景圖像，所述視場基本包括垂直于通過所述胃腸道行進(jìn) 的主要方向的所有方向。
所述方法進(jìn)一步包括上傳壓縮的圖像數(shù)據(jù)給主計(jì)算機(jī)處理，且可以先 對由圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮，以產(chǎn)生壓縮的圖像數(shù)據(jù)。所述處 理過程進(jìn)一步包括，對由膠嚢內(nèi)的圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮，以 產(chǎn)生壓縮的圖像數(shù)據(jù)，將該壓縮的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在膠嚢內(nèi)的存儲(chǔ)器內(nèi)，然 后上傳該壓縮的圖像數(shù)據(jù)給主計(jì)算機(jī)。所述上傳圖像給主計(jì)算機(jī)的步驟可 以進(jìn)一步包括收回(retrieve)膠嚢外殼，并通過連接膠嚢至主計(jì)算機(jī)而上 傳所述圖像。上傳圖像給主計(jì)算機(jī)可以進(jìn)一步包括通過從膠嚢發(fā)送所述圖 像給主計(jì)算機(jī)而上傳圖像。
在無線系統(tǒng)中，所述方法可以進(jìn)一步包括用無線信號上傳所述壓縮的 圖像數(shù)據(jù)給主計(jì)算機(jī)。而且，所述方法也可以對由圖像傳感器探測到的圖 像執(zhí)行壓縮，以產(chǎn)生壓縮的圖像數(shù)據(jù)，并繼而經(jīng)由無線通信信號上傳所述以通過以下步驟來執(zhí)行處理過 程對由膠嚢內(nèi)的圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮，以產(chǎn)生壓縮的圖像
數(shù)據(jù)；將所述壓縮的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在膠嚢內(nèi)的存儲(chǔ)器內(nèi)；并繼而經(jīng)由無線 通信信號上傳所述壓縮的圖像數(shù)據(jù)給主計(jì)算機(jī)。更確切地，利用封裝于膠 嚢內(nèi)的照相機(jī)進(jìn)行體內(nèi)成像的方法可以包括提供膠嚢外殼，該膠嚢外殼 具有至少局部對于給定波長范圍內(nèi)的電磁輻射透明的部分，由患者咽下所 述膠囊，從所述膠嚢發(fā)射出處于所述波長范圍內(nèi)的電磁輻射，使用全景照 相機(jī)通過圖像傳感器從所述電磁輻射的反射探測圖像，在存儲(chǔ)所述圖像于 所述膠囊內(nèi)的晶體管存儲(chǔ)器內(nèi)之前，對由所述膠嚢內(nèi)的圖像傳感器探測到 的圖像執(zhí)行壓縮，從所述患者處收回所述膠嚢，并繼而上傳所述圖像給主 計(jì)算機(jī)。
而在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種設(shè)置成裝有用于體內(nèi)成像 的照相機(jī)的膠嚢，此處所述膠嚢包括全景照相機(jī)和照明光源。所述膠嚢可 以是封閉的膠嚢，該膠囊具有第一組內(nèi)部和外部透明窗口表面區(qū)域以及第 二組內(nèi)部和外部透明窗口表面區(qū)域，其中所述第一組內(nèi)部和外部透明窗口 表面區(qū)域是由照相機(jī)FOV內(nèi)的入射圖像光線與所述窗口的內(nèi)表面和外表 面的相交來劃分的，所述第二組內(nèi)部和外部透明窗口表面區(qū)域是由從膠嚢 內(nèi)射向外部的照明光線與所述窗口的內(nèi)表面和外表面的相交來劃分的；其 中來自每一組的所述內(nèi)部表面區(qū)域和來自每一組的所述外部表面區(qū)域是
充分無重疊的，以便無論在何處入射圖像光線和出射照明光線相交于窗口 表面上的共同點(diǎn)，出射光線與表面法線之間的夾角都超過入射光線和表面 法線之間的夾角，這樣出射光線從表面的反射就不在照相機(jī)FOV內(nèi)。所 述來自每一組的內(nèi)部表面區(qū)域可以是無重疊的。可替換地，來自每一組的 外部表面區(qū)域是無重疊的。所述膠囊可以進(jìn)一步包括反射鏡，所述反射鏡 被設(shè)置為將來自照明光源的照明光遠(yuǎn)離照相機(jī)向著對象表面反射出去。所 述照相機(jī)可以包括鏡頭，所述鏡頭被設(shè)置為接收從對象表面反射的照明 光，所述膠嚢具有反射鏡，所述反射鏡被設(shè)置為采用防止雜散光未經(jīng)對象 表面散射就直接進(jìn)入照相機(jī)鏡頭的方式，將來自照明光源的照明光遠(yuǎn)離照 相才幾反射出去。
15具有全景環(huán)形鏡頭(PAL) 302的膠嚢照相機(jī)300的另一種實(shí)施方式 被示意地顯示于圖3a中。鏡頭302具有對稱同心軸，并包括兩個(gè)折射面和 兩個(gè)反射面，以使通過第一折射面進(jìn)入透明介質(zhì)的入射光，-波第一反射面 反射，然后被第二反射面反射，并繼而通過第二折射面離開所述介質(zhì)。
膠嚢照相機(jī)300包括LED輸出304，其被設(shè)置為在膠嚢外部照亮對象， 其中所述對象諸如被成像的組織表面。那些LED包括LED反射鏡306, 其被設(shè)置為反射所有雜散LED光離開鏡頭302。 LED光線的目的是反射離 開組織表面而進(jìn)入鏡頭302，這樣圖像就可以被記錄。所述反射鏡用于反 射發(fā)自光源^那些LED"的所有的光離開鏡頭302，以使只有反射自組織 表面的光線被成像。那些LED被連接于通過導(dǎo)線或板307相互連接的印刷 電路板PCB 305，所述印刷電路板分配電力給每個(gè)LED。鏡頭302被設(shè)置 為接收并捕獲被反射離開某外部表面諸如組織表面的光線308，并接收通 過第一折射鏡310的反射光線。折射光線312被傳送到第一反射鏡314， 所述反射鏡314將反射光線316傳送到第二反射鏡318的表面上。所述第 二反射鏡繼而使反射光線320反射通過第二折射鏡322，從而傳送折射光 線324經(jīng)過開口 326,并進(jìn)入中繼鏡頭系統(tǒng)327。
顯示的系統(tǒng)是一種庫克三片式中繼鏡頭(Cooke triplet relay lens )，且 所述鏡頭包括用于接收來自第二折射鏡322的折射光線324的第一鏡頭 328。所述第一鏡頭將光線330聚焦于第二鏡頭332上。那些聚焦的光線 334被傳送給第三鏡頭336，所述鏡頭336聚焦光線338于傳感器340上。 所述傳感器被裝配于PCB 342上，該P(yáng)CB 342被連接于膠嚢外壁344。
膠嚢300進(jìn)一步包括電導(dǎo)體346，其將支持傳感器的PCB 342連接到 導(dǎo)體板或?qū)Ь€307。所述電導(dǎo)體346被設(shè)置為用以通過導(dǎo)體板307和支持 那些LED 304的PCB 305給LED 304供電。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的那些熟練人 員將理解，其它設(shè)置是可能的，而不離開由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明的 精神與范圍。
PAL鏡頭302從同心軸上的觀察點(diǎn)以圓柱形FOV來產(chǎn)生圖像。鏡頭 302的表面可以是旋轉(zhuǎn)二次曲面，或者它們可以是其它球面或非球面形狀。 在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，第一反射鏡的二次曲線常數(shù)最優(yōu)地處于-0.6至+2范圍內(nèi)，同時(shí)第二反射鏡的二次曲線常數(shù)選擇為小于第一反射鏡的二次曲 線常數(shù)。例如，第一反射鏡可以是橢圓面，同時(shí)第二反射鏡是雙曲面。
在PAL鏡頭302之后的中繼成像系統(tǒng)在二維光傳感器340上形成了圖 像，所述傳感器可以是眾所周知的傳感器，諸如CMOS或CCD陣列。圖 3a表明了一種庫克三片式中繼鏡頭327。還存在本技術(shù)中眾所周知的其他 配置，并包括雙高斯(double-Gauss)配置。
參考圖3b， 一種鏡頭設(shè)計(jì)被顯示為鏡頭設(shè)計(jì)350，減小了用于中繼成 像系統(tǒng)的總軌跡長度。鏡頭350被設(shè)置為接收并捕獲^f皮反射離開某外表面 諸如組織表面的光線352,且接收通過第一折射鏡354的反射光線。折射 光線356被傳送到第一反射鏡358，所述反射鏡358將反射光線360傳送 到第二反射鏡362的表面上。第二反射鏡繼而使反射光線364反射通過第 二折射鏡366,所述折射鏡366傳送折射光線365經(jīng)過開口 326，并進(jìn)入 中繼鏡頭系統(tǒng)368。該中繼鏡頭系統(tǒng)^皮設(shè)置為具有鏡頭370、 372、 374、 376,用于將光線聚焦于傳感器340上。成像系統(tǒng)的減小的總軌跡長度允 許采用更緊湊的設(shè)計(jì)和在成像膠囊內(nèi)部制造照相機(jī)，從而提供不同設(shè)計(jì)和 配置。
在圖3a或3b表明的任一實(shí)施方式中，膠嚢照相機(jī)可以替換為使用其 它全景鏡頭設(shè)計(jì)，所述其它全景鏡頭設(shè)計(jì)包括那些利用拋物面形、橢圓形、 錐形或四面體形的單反射鏡，與中繼鏡頭協(xié)同工作，以將圓柱形的FOV 映射到像平面上的設(shè)計(jì)。其它設(shè)計(jì)可以利用單橢球凹面反射鏡(single concave ellipsoidal reflector )。
再次參考圖3a,此圖表明了在內(nèi)窺鏡膠嚢內(nèi)的PAL鏡頭302。所述膠 囊被顯示為有半球形末端的圓柱體。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，至少膠嚢外 殼的圓周帶必須是透明的，以允許照明光射出膠嚢，并允許成像光進(jìn)入膠 嚢。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，鏡頭的光軸被沿著圓柱體的縱軸定位(圖4)， 或沿著橢球膠嚢配置中的橢球主軸定位。
參考圖4， LED 304被設(shè)置為發(fā)射光線A、 B、 C于對象表面130上， 諸如組織表面。膠嚢壁311對于入射光線A〃 、 B〃 、 C〃是透明的，這些 光線各自通過第一折射鏡310而被接收。LED光線A' 、 B' 、 C'被反射離開鏡頭302，以使LED光線不會(huì)致傳感器340捕獲的圖像失真。
正如以上論述，鏡頭302被設(shè)置為接收并捕獲被反射離開某外部表面 諸如組織表面的光線308,且接收通過第一折射鏡310的反射光線。折射 光線312被傳送到第一反射鏡314,所述反射鏡314將反射光316傳送到 第二反射鏡318的表面上。該第二反射鏡繼而使反射光線320反射通過第 二折射鏡322,從而將折射光線324傳送經(jīng)過開口 326,并進(jìn)入中繼^:頭 系統(tǒng)327。
然而，膠嚢可以具有任何橢圓形狀或球形形狀，且光軸在膠嚢內(nèi)可以 有任何定位。從第二反射鏡上方的鏡頭端至第一反射鏡下方的區(qū)域構(gòu)成的 任何電連接，都將在一定程度上使視場模糊。傳感器必要地處在鏡頭的下 面。因此，置于鏡頭上方的電子部件和傳感器不能夠在不使用導(dǎo)致模糊的 連接線的情況下共享共同的電源和控制電路。因此，方便的是放置鏡頭使 第二反射鏡鄰近于膠嚢的一端。最好還是PAL的準(zhǔn)球形的形狀經(jīng)濟(jì)地安裝 于膠嚢半球形末端內(nèi)部。然而，如果氣嚢被附于鏡頭上方的膠囊末端，可 能期望的是降低鏡頭，以使氣嚢不在FOV內(nèi)。如果電池被放置于鏡頭上 方，如果電線是細(xì)的或采用如氧化銦的透明導(dǎo)電材料，那么電連接可以以 最小的漸暈一皮從鏡頭上方至下方安排。
再次參考圖3a,發(fā)光二極管(LED)照明源位于在PAL外部且在第一 折射面下面的多層印刷電路板(PCB)上。發(fā)光二極管(LED)因它們的 低價(jià)、高效、緊湊及低相干性(避免斑點(diǎn))而成為具有吸引力的光源。其 它照明源，諸如激光源、白熾源、弧光源或熒光源等光源，也是可以想象 的。彩色照片需要白光源。白色發(fā)光二極管(LED)是適合的，所述白色 發(fā)光二極管可以包括藍(lán)色或紫色的LED以及磷光材料，所述磷光材料受所 述LED激發(fā)并在更長波長上發(fā)射光子。白色光源可以包括在可見光譜內(nèi)發(fā) 射諸如紅色、綠色以及藍(lán)色等不同顏色的發(fā)光二極管(LED)或激光器 (laser)的組合，并且發(fā)光二極管(LED)或激光器(laser)的組合一起 產(chǎn)生來自傳感器(具有對特定顏色帶靈敏的像素)的相同的光語響應(yīng)，作 為連續(xù)光譜白光源。
支持發(fā)光二極管(LED)的PCB也可以充當(dāng)LED的底座和擋板，以
18及或者是用于中繼鏡頭的光圈光闌。另外，執(zhí)行這些功能的結(jié)構(gòu)，與中繼
鏡頭筒一起，可以附于或者支撐PCB。 LED驅(qū)動(dòng)電路可以被置于同一塊 PCB或其它的PCB上。無論哪種方式，控制信號必須被傳送給發(fā)光二極 管(LED )。因此， 一些在LED-PCB和例如支持傳感器的PCB等其它PCB 之間的電連接形式是需要的。此連接器可以是柔性PCB、 一系列導(dǎo)電引腳 或?qū)Ь€、或一些其它形式的連接器。
關(guān)于膠嚢照相機(jī)潛在的問題是被膠嚢主體的外表面和內(nèi)表面反射的 照明光可能照射到傳感器上。增透膜能夠減小這些反射，雖然給膠嚢添加 這些增透膜會(huì)增加系統(tǒng)成本。然而，恰當(dāng)?shù)膸缀涡螤畲_保反射光將不與圖 像重疊于傳感器上。US 6,836,377和US 6,918,872公開了兩種用于非全景 膠嚢照相機(jī)的這種幾何形狀。在第一種中，膠嚢官頂是橢球形的，傳感器 在它的中心，且發(fā)光二極管(LED)位于焦點(diǎn)曲線上。在第二種中，穹頂 是球形的，傳感器在中間，且發(fā)光二極管(LED)在同一平面內(nèi)，進(jìn)一步 靠近球體邊緣。
圖5表明了一種用于全景膠嚢照相機(jī)的幾何形狀，此處發(fā)光二極管 (LED)位于第一反射鏡的下面及第一反射鏡的外部。反射棱鏡502位于 每個(gè)LED 504的上方，同時(shí)棱鏡的一個(gè)表面處于相對縱軸約45°的角度 上。此表面可以用金屬或電介質(zhì)反射涂層涂覆，所述電介質(zhì)反射涂層反射 來自LED的光給目標(biāo)或?qū)ο蟊砻妗Ｔ谝环N實(shí)施方式中，不為每個(gè)LED使 用分立棱鏡， 一種三角形截面的連續(xù)環(huán)可以^f皮形成于單反射鏡502內(nèi)。在 優(yōu)選實(shí)施方式中，所述環(huán)由折射率與膠嚢外殼506的折射率近乎相同的材 料制成，且指標(biāo)匹配的粘合劑可以被使用以將所述環(huán)粘合至外殼，以使在 環(huán)與外殼間界面的反射被最小化。本圖顯示了由LED 504傳向腸壁508的 光線A、 B和C。散射光沿路徑A' 、 B'和C'行進(jìn)，并被鏡頭510聚集， 且成像于傳感器(未顯示)上。反射光512將出現(xiàn)于膠囊外表面。然而， 這些顯示為虛線的反射光反射回棱鏡(或環(huán))內(nèi)，并不能被鏡頭聚集。
仍然參考圖5，另外兩條光線D和E也被顯示。光線D是來自反射鏡 502的光，并以銳角折射，且如果腸壁較近，所述光線D將照亮在視場內(nèi) 的所述腸壁。光線D的反射光也傳送回到環(huán)內(nèi)。光線E越過環(huán)的頂部。然而，它在外殼外壁上的入射角超過全內(nèi)反射的臨界角。膠嚢壁充當(dāng)容納反 射光的光導(dǎo)管，此處反射光中的大部分將嘞:射離開置于第二反射鏡和膠嚢
頂部之間的塊，并遠(yuǎn)離4竟頭。
圖5中還顯示了脊520。如在背景中所論述的，當(dāng)使用常規(guī)裝置時(shí)， 這樣的脊導(dǎo)致觀察中的問題，其中當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的膠嚢接近脊時(shí)，膠嚢能夠 看見并觀察前側(cè)522，但由于FOV有限而遺漏了背側(cè)524。息肉526或該 息肉背后的區(qū)域，用常規(guī)裝置通常是難以觀察到的。相反，本發(fā)明提供一 種更實(shí)用且精確的方法，用以觀察背側(cè)524和息肉526，此處照相機(jī)能夠 觀察這些表面，諸如利用圖示的光線C。光線C繼而纟皮反射為光線C'， 所述光線C'通過膠嚢殼返回照相機(jī)，并進(jìn)入鏡頭510。因此，本發(fā)明提 供了 一種非常實(shí)用且有效的方法，以便更好地觀察這些以前用現(xiàn)有技術(shù)的
膠嚢照相機(jī)看不見的偏僻表面。
在圖6中，光線A在P點(diǎn)以照相機(jī)光圈將捕獲的最大視場角進(jìn)入膠嚢。 在外殼主體內(nèi)部，所述光線關(guān)于表面法線成角oc2。如果沒有光線能以小于 或等于oc2的角度從LED傳送到點(diǎn)P，則沒有來自外殼外壁的反射LED光 進(jìn)入照相機(jī)光圈。只要在棱鏡頂點(diǎn)和如下線段與外殼內(nèi)壁的交點(diǎn)之間存在 距離g，則此條件是滿足的，與LED處在棱鏡下方的精確位置無關(guān)，其中
所述線段位于點(diǎn)P、與表面法線成-OC2的角度。
圖7表明了關(guān)于全景膠嚢照相機(jī)702和LED照明器704的一種類似的 實(shí)施方式。在此情形下，在LED、外殼和第一反射鏡外部之間的區(qū)域充滿 著指標(biāo)匹配的灌封材料706。此區(qū)域基本用作與圖6中的棱鏡或環(huán)602相 同的照明器功能。然而，此方法消除了圖6的間隙g。光線A在點(diǎn)P處以 照相機(jī)光圈捕獲的最大視場角進(jìn)入膠囊。該光線與外殼表面法線成角a" 表面法線關(guān)于水平線成角p。光線A在外殼壁內(nèi)部關(guān)于表面法線成角a2， 此處w sin a 2=sin a!，且《為外殼折射率。由自LED發(fā)射的光線和由第一 反射鏡遠(yuǎn)端反射的光線傳入外殼，并與外壁相交于點(diǎn)P。如果此光線與表 面法線成-0C2的角度，則它自壁的反射光將落在照相機(jī)FOV內(nèi)。為確保這 樣的光線不存在，所述LED必須被置于距如下交點(diǎn)有距離a或更大距離處， 其中所述交點(diǎn)為與第一反射鏡在其最外沿相切的線和LED發(fā)光表面的平面的交點(diǎn)?？梢燥@示為
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此處，/2是從LED平面至光線反射鏡交點(diǎn)(intercept)的距離，且Y是所 述切線與LED平面所成的角。
參考圖8，表明了用于給具有腔802的小腸或其它器官成像的全景膠 嚢照相機(jī)800，其中所述腔802具有直徑804，直徑804是相當(dāng)于或略小 于膠囊直徑806的直徑。如果直徑相當(dāng)，那么膠嚢將與腔壁吻合。因此， 所述腔壁接觸或靠近膠囊外壁。如果腔的直徑小于膠囊直徑，當(dāng)膠嚢通過 腔時(shí)，膠嚢會(huì)致使腔的內(nèi)表面圍繞并緊貼著膠嚢擴(kuò)張。在圖解的實(shí)施方式 中，入射光瞳是區(qū)域808，此處光線810產(chǎn)生自LED源812的輸出端814, 且一皮從腔的內(nèi)壁816反射以返回進(jìn)入膠嚢內(nèi)，成為反射光線818。在此實(shí) 施方式中，全景照相機(jī)808的光瞳808被置于半球形或類似形狀的透明膠 嚢末端官頂820的曲率中心處或鄰近處。LED輸出端814被置于這樣的位 置，即自LED輸出端814發(fā)射的光線810不以如下方式返回進(jìn)入照相機(jī)內(nèi)， 所述方式將LED光線810反射到第一反射鏡822、 824上，然后分別反射 到第二反射鏡的表面826、 828上，并反射到傳感器(圖8中未顯示)上。 因此，任何從膠囊內(nèi)部表面或外部表面反射的LED光都不會(huì)被照相機(jī)入射 光瞳聚集，且不會(huì)被傳送到傳感器而使捕獲的圖像失真或以其它方式影響 捕獲的圖像的質(zhì)量?？蛇x地，指標(biāo)匹配的灌封粘合劑830可以被置于照相 機(jī)鏡頭反射面828、 826和膠嚢外殼820之間?；?，鏡頭本身可以緊貼著 膠嚢外殼安裝，而在它們之間只有很小間隙或沒有間隙。仍參考圖8，該 實(shí)施方式顯示了 LED光線810，所述LED光線810來自不同照明光線， 被腸壁表面散射并從腸壁表面反射，通過入射光瞳808。
本發(fā)明可以被這樣實(shí)施，例如，將圖像處理功能設(shè)置成軟件應(yīng)用程序 (作為操作系統(tǒng)元素)、專用處理器、或有專用代碼的專用處理器?？梢?br> 有一種小型專用處理器，定位于膠嚢內(nèi)，與傳感器聯(lián)合執(zhí)行有限功能，以 捕獲并發(fā)送圖像。在一種實(shí)施方式中，所述處理器可以是簡單邏輯電路、 專用微處理器、集成電路、或其它像這樣的處理器，即被設(shè)置為筒單發(fā)送 圖像信號給遠(yuǎn)程位置，所述遠(yuǎn)程位置諸如被設(shè)置為接收包含圖像數(shù)據(jù)的圖像信號的近端定位的接收器。從此處，所述圖像數(shù)據(jù)可被存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn) 發(fā)、上傳給其它處理器，或以其它方式使用。
所述圖像數(shù)據(jù)可以先在膠囊內(nèi)被壓縮，在此一個(gè)較小的數(shù)據(jù)量可一皮發(fā) 送給遠(yuǎn)程位置。這會(huì)減小發(fā)送信息所需的電力。本發(fā)明目的在于用膠嚢捕 獲全景圖像。因此，所發(fā)送信息量是重要的，且可能需要這種數(shù)據(jù)的壓縮 以減少發(fā)送量。發(fā)送需要很多的電力，且電力節(jié)約是非常重要的。因此， 通過發(fā)送前的壓縮來減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量是期望的。很多壓縮技術(shù)對于本技 術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員是眾所周知的，且本發(fā)明不限于任何特定方法或技 術(shù)。
所述軟件執(zhí)行機(jī)器可讀的指令序列，所述指令序列也能被稱為代碼。 這些指令可以存在于各種類型的信號承載介質(zhì)中。在這方面，本發(fā)明的一
個(gè)方面涉及一種程序產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括信號承載介質(zhì)(medium)或多個(gè) 信號承載介質(zhì)(media),所述信號承載介質(zhì)有形地包含一種機(jī)器可讀指令 的程序，所述程序是可被數(shù)字處理設(shè)備執(zhí)行的，以執(zhí)行處理方法及其它涉 及本發(fā)明上面描述的功能。
根據(jù)特定的設(shè)置，此信號承載介質(zhì)可以包括，例如，定位于膠嚢內(nèi)的 存儲(chǔ)器、主計(jì)算機(jī)內(nèi)或服務(wù)器內(nèi)的存儲(chǔ)器。所述存儲(chǔ)器可以是非易失存儲(chǔ) 器、數(shù)據(jù)盤，或者甚至是專用服務(wù)器上或供應(yīng)商服務(wù)器上的存儲(chǔ)器，用于 下載到處理器以便進(jìn)行安裝。可替換地，所述指令可以被包含于諸如光數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)盤等的信號承載介質(zhì)內(nèi)?？商鎿Q地，所述指令可以被存儲(chǔ)于多種機(jī) 器可讀的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(medium或media)中的任何一種上，所述介質(zhì)包 括，例如，"硬盤"、RAID陣列、RAMAC、磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)磁盤(諸如軟盤)， 磁帶、數(shù)字光帶、RAM、 ROM、 EPROM、 EEPROM、快速存儲(chǔ)器、磁光 存儲(chǔ)器、紙質(zhì)沖孔卡，或任何其它合適的信號承載介質(zhì)，包括諸如數(shù)字和 /或;f莫擬通信鏈路的傳輸介質(zhì)，所述通信鏈路可以是電氣的、光學(xué)的、和/ 或無線的。作為實(shí)例，所述機(jī)器可讀的指令可以包括根據(jù)諸如"C++"的 語言編譯的軟件目標(biāo)代碼。
另外，所述程序代碼可以，例如，被壓縮，被加密，或兩者都進(jìn)行， 并可以包括可執(zhí)行文件、腳本文件和安裝向?qū)?，如在Zip文件和cab文件中。如在此使用的，術(shù)語機(jī)器可讀的指令或存在于信號承載介質(zhì)之內(nèi)或之 上的代碼，包括所有上述傳遞方法。
雖然前述公開展示了本發(fā)明多種說明性的實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域 中的熟練人員來說，可以做出各種改變和調(diào)整而不離開由所附權(quán)利要求界 定的本發(fā)明范圍，這是顯而易見的。而且，雖然本發(fā)明的元素可以被描述 或要求為單數(shù)的，但復(fù)數(shù)形式是被設(shè)想的，除非明確地聲明限于單數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其包括具有入射光瞳的照相機(jī)，所述照相機(jī)設(shè)置為捕獲圍繞所述照相機(jī)的環(huán)境的全景圖像，其中所述全景圖像被捕獲于單一像平面上；和用于為所述照相機(jī)提供照明源的光源；和用于封裝所述照相機(jī)和所述光源的封閉外殼。
2. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于提供 電力給所述光源和所述照相才幾的電源。
3. 如權(quán)利要求2所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述電源是定位于 月交嚢內(nèi)的電池。
4. 如權(quán)利要求2所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述電源是感應(yīng)電 源，所述感應(yīng)電源定位于所述膠嚢外部，并被設(shè)置為感應(yīng)生成電進(jìn)入所述 膠嚢以便給所述照相機(jī)和照明源供電。
5. 如權(quán)利要求1所迷的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述封閉外殼包括 用于使光通過以進(jìn)入全景照相機(jī)的透明窗口 ，且其中所述全景照相機(jī)被設(shè) 置為具有由相對于所述膠嚢縱軸的視野角范圍界定的經(jīng)向視場，和由環(huán)繞 所述縱軸的方位角的全景范圍界定的綽向視場，以使所述照相機(jī)能夠捕獲 全景圖像，所迷全景圖像實(shí)質(zhì)上覆蓋360度煒向FOV和從大于0度的某 個(gè)角度至另一個(gè)大于90度的角度的范圍內(nèi)的經(jīng)向FOV。
6. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述照相機(jī)具有縱 軸，以使角度FOV實(shí)質(zhì)上在其整體中包括一個(gè)平面，其中所述平面與所 述軸垂直，并與所述光瞳相交。
7. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括光學(xué)系統(tǒng)， 所述光學(xué)系統(tǒng)包括設(shè)置為將圖像聚焦于所述單一像平面上的全景環(huán)形鏡 頭。
8. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述膠嚢被設(shè)置為具有橢圓形主體，并具有沿所述主體的長度的縱軸，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)具有全景環(huán)形鏡頭，所述全景環(huán)形鏡頭使圖像能 夠被所述全景照相機(jī)圍繞所述縱軸徑向地捕獲，并被捕獲于所述單一像平 面上。
9. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述照相機(jī)被定位于所述膠嚢內(nèi)，以圍繞所述縱軸徑向地捕獲圖像，且所述照相機(jī)具有FOV, 所述FOV實(shí)質(zhì)上關(guān)于所述膠嚢垂直，以便使得對組織表面的觀察能夠定 向?yàn)槠叫杏谒瞿z嚢行進(jìn)的主要方向，且使得能夠?qū)⑺鼋M織表面的圖像 捕獲于所述單一像平面上。
10. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述膠嚢具有橢圓 形的外殼，且其中所述照相機(jī)-故定位于所述外殼內(nèi)，以圍繞縱軸并沿著主 體的軸徑向地捕獲圖像，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括具有全景環(huán)形鏡頭和窗口的 光學(xué)系統(tǒng)，所述窗口實(shí)質(zhì)上定位于橢圓主體的周圍區(qū)域，用以接收從目標(biāo) 進(jìn)入所述全景環(huán)形鏡頭的光線。
11. 如權(quán)利要求IO所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述縱軸是所述全 景環(huán)形鏡頭的對稱同心軸。
12. 如權(quán)利要求7所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述全景環(huán)形鏡頭 具有對稱同心軸，并包括兩個(gè)折射面和兩個(gè)反射面，所述兩個(gè)折射面和兩 個(gè)反射面被設(shè)置為允許入射光通過第 一折射面而進(jìn)入透明介質(zhì)中。
13. 如權(quán)利要求7所迷的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述全景環(huán)形鏡頭 具有對稱同心軸，并包括兩個(gè)折射面和兩個(gè)反射面，所述兩個(gè)折射面和兩個(gè)反射面被設(shè)置為允許入射光通過第 一折射面進(jìn)入透明介質(zhì)，被第 一反射 面反射，然后被第二反射面反射，并繼而通過第二折射面而離開所述介質(zhì)。
14. 如權(quán)利要求7所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述全景環(huán)形鏡頭 被設(shè)置為以從所述同心軸上的觀察點(diǎn)來看的圓柱體的視場產(chǎn)生圖像。
15. 如權(quán)利要求12所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述反射面和所 述折射面是旋轉(zhuǎn)二次曲面，且其中所述第一反射鏡的二次曲線常數(shù)處于 -0,6至+2的范圍內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求12所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述反射面和所 述折射面是旋轉(zhuǎn)二次曲面，且其中第一反射面的二次曲線常數(shù)處于-0.6至 +2的范圍內(nèi)，此處第二反射面的二次曲線常數(shù)被選擇為小于所述第一反射 面的二次曲線常數(shù)。
17. 如權(quán)利要求12所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述反射面和折 射面是旋轉(zhuǎn)二次曲面、3求面或非球面中之一。
18. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)處理 器，所述數(shù)據(jù)處理器被設(shè)置為產(chǎn)生由多幅所捕獲的圖像組成的連續(xù)圖像。
19. 如權(quán)利要求19所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理器 被定位于所述膠嚢外部。
20. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)處理 器，所述數(shù)據(jù)處理器被設(shè)置為產(chǎn)生由多幅相鄰的所捕獲的圖像組成的連續(xù) 圖像。
21. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括被設(shè)置為 存儲(chǔ)所捕獲的圖像的存儲(chǔ)器。
22. 如權(quán)利要求21所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器被定 位于所述膠嚢內(nèi)。
23. 如權(quán)利要求21所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器被定 位于膠嚢內(nèi)，且其中所述處理器被設(shè)置為壓縮圖像數(shù)據(jù)，并將所壓縮的所 述圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于電子存儲(chǔ)器內(nèi)。
24. 如權(quán)利要求21所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器被定 位于所述膠嚢外部，其中圖像數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器內(nèi)，以供后續(xù)處理。
25. 如權(quán)利要求21所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器被定 位于所述膠嚢外部，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括遠(yuǎn)程處理器，所述遠(yuǎn)程處理器被 設(shè)置為壓縮圖像數(shù)據(jù)并將所壓縮的所述圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器內(nèi)。
26. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括發(fā)送模塊， 所述發(fā)送模塊被設(shè)置為發(fā)送由全景照相機(jī)捕獲到的圖像給遠(yuǎn)程接收器，所述遠(yuǎn)程接收器被設(shè)置為接收捕獲到的圖像。
27. 如權(quán)利要求1所述的體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括發(fā)送模塊，所述發(fā)送模塊被設(shè)置為發(fā)送由全景照相機(jī)捕獲到的圖像給遠(yuǎn)程接收器，所 述遠(yuǎn)程接收器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被設(shè)置為存儲(chǔ)捕獲到的圖 像以供圖像處理器處理。
28. —種體內(nèi)成像的方法，所迷方法包括如下步驟提供一種裝置，所述裝置用于在單一像平面上對胃腸道進(jìn)行全景體內(nèi) 成像；從膠嚢發(fā)射電磁輻射；并接收來自組織表面的所述電磁輻射的反射，以用于形成視場中所述組 織的全景圖像，所述視場實(shí)質(zhì)上包括垂直于通過所述胃腸道行進(jìn)的主要方 向的所有方向。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 將所壓縮的圖像數(shù)據(jù)上傳給主計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
30. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 對由圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮，以產(chǎn)生壓縮的圖像數(shù)據(jù)；并 將所壓縮的所述圖像數(shù)據(jù)上傳給主計(jì)算機(jī)。
31. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟對由所述膠嚢內(nèi)的圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮，以產(chǎn)生壓縮的 圖像數(shù)據(jù)；將所壓縮的所述圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述膠囊內(nèi)的存儲(chǔ)器內(nèi)；并 將所壓縮的所迷圖像數(shù)據(jù)上傳給主計(jì)算機(jī)。
32. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中將所述圖像上傳給主計(jì)算機(jī)的 所述步驟進(jìn)一步包括收回所述膠囊外殼，并通過將所述膠嚢連接到所述 主計(jì)算機(jī)而上傳所述圖像。
33. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中將所述圖像上傳給主計(jì)算機(jī)的所述步驟進(jìn)一步包括通過將所述圖像從所述膠嚢發(fā)送給所述主計(jì)算機(jī)而上傳所述圖像。
34. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 利用無線信號將壓縮的圖像數(shù)據(jù)上傳給主計(jì)算機(jī)。
35. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 對由圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮，以產(chǎn)生壓縮的圖像數(shù)據(jù)；并 經(jīng)由無線通信信號將所壓縮的所述圖像數(shù)據(jù)上傳給主計(jì)算機(jī)。
36. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟對由所述膠嚢內(nèi)的圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮，以產(chǎn)生壓縮的 圖像數(shù)據(jù)；將所壓縮的所述圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述膠囊內(nèi)的存儲(chǔ)器內(nèi)；并 經(jīng)由無線通信信號將所壓縮的所迷圖像數(shù)據(jù)上傳給主計(jì)算機(jī)。
37. —種使用封裝于膠嚢內(nèi)的照相機(jī)進(jìn)行體內(nèi)成像的方法，所述方法 包括如下步驟提供膠嚢外殼，所迷膠嚢外殼具有至少局部地對于給定波長范圍內(nèi)的 電^f茲輻射透明的部分；由患者咽下所述膠囊；從所述膠嚢發(fā)射出處于所述波長范圍內(nèi)的電磁輻射；使用全景照相機(jī)，通過圖像傳感器從所述電磁輻射的反射中探測圖像；在將所迷圖像存儲(chǔ)于所述膠嚢內(nèi)的晶體管存儲(chǔ)器內(nèi)之前，對由所迷膠 囊內(nèi)的圖像傳感器探測到的圖像執(zhí)行壓縮；從所述患者處收回所述膠嚢；并將所述圖像上傳給主計(jì)算機(jī)。
38. —種被設(shè)置為裝有用于進(jìn)行體內(nèi)成像的照相機(jī)的膠囊，其包括全景照相機(jī)；照明光源；封閉的膠嚢，所述膠嚢具有第一組內(nèi)部和外部透明窗口表面區(qū)域和第 二組內(nèi)部和外部透明窗口表面區(qū)域，其中所述第一組內(nèi)部和外部透明窗口表面區(qū)域是由所述照相機(jī)FOV內(nèi)的入射圖像光線與所述窗口的內(nèi)表面和 外表面的相交劃分的，所述第二組內(nèi)部和外部透明窗口表面區(qū)域是由從所 述膠嚢內(nèi)射向外部的照明光線與所迷窗口的所述內(nèi)表面和外表面的相交 劃分的；其中來自每一組的所述內(nèi)部表面區(qū)域和來自每一組的所述外部表 面區(qū)域是充分無重疊的，以便無論在何處入射圖像光線和出射照明光線相 交于窗口表面上的共同點(diǎn)，所述出射光線與所述表面法線之間的夾角超過 所述入射光線和所述表面法線之間的夾角，使得所述出射光線從所述表面 的反射不在所述照相機(jī)FOV內(nèi)。
39. 如權(quán)利要求38所述的膠囊，其中來自每一組的所迷內(nèi)部表面區(qū) 域是無重疊的。
40. 如權(quán)利要求39所述的膠嚢，其中來自每一組的所述外部表面區(qū) 域是無重疊的。
41. 如權(quán)利要求38所述的膠嚢，其進(jìn)一步包括反射鏡，所述反射鏡被設(shè)置為將來自所述照明光源的照明光，遠(yuǎn)離所 述照相機(jī)，朝著對象表面反射出去。
42. 如權(quán)利要求38所迷的膠嚢，其中所迷照相機(jī)包括祐/沒置為接收 從對象表面反射的照明光的鏡頭，所述膠嚢進(jìn)一步包括反射鏡，所述反射鏡被設(shè)置為以防止雜散光未經(jīng)對象表面散射就直接 進(jìn)入所述照相機(jī)鏡頭的方式，將來自所述照明光源的照明光遠(yuǎn)離所述照相 才幾反射出去。
全文摘要
本發(fā)明目的在于一種用于體內(nèi)圖像捕獲系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括具有入射光瞳的照相機(jī)，此處所述照相機(jī)被設(shè)置為捕獲圍繞照相機(jī)的環(huán)境的全景圖像，其中所述全景圖像被捕獲于單一像平面上。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括光源和封閉的外殼，其中所述光源用于為照相機(jī)提供照明源，所述封閉外殼用于封裝照相機(jī)和光源。
文檔編號H04N5/225GK101449573SQ200680050987
公開日2009年6月3日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月18日
發(fā)明者戈登·威爾遜, 王康懷 申請人:康生科技公司