[發明專利]一種膠囊式內窺鏡系統

有效

• 申請號: 201611044997.6
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106618454B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 劉珊;鄭文鋒;曾慶川;楊波;李曉璐;胡蓉蓉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61B1/04
• 分類號: A61B1/04
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 溫利平

1.一種膠囊式內窺鏡系統，其特征在于，包括：膠囊內窺鏡、USB無線收發器和帶有圖像拼接及三維重建軟件的PC機；

所述的膠囊內窺鏡包括透明外殼、照明及成像模塊、圖像獲取傳輸及處理模塊；

其中，透明外殼采用密封性能良好的材料，能很好的將照明及成像模塊和圖像獲取傳輸及處理模塊與外部隔絕，避免體液污染；

照明及成像模塊，包括六個均勻分布的LED燈、一個圓心角為90°的錐形鏡、光學透鏡和CCD圖像傳感器；

其中，六個LED燈均勻分布在圖像傳感器周圍，錐形鏡位于光學透鏡的正前方，且錐形鏡為90°的圓心角正對著光學透鏡的中心；

圖像獲取傳輸及處理模塊，包括圖像處理芯片，邏輯控制電路，信號調制發射芯片和射頻單元；

當患者需要內窺檢查時，開啟PC機并打開三維重建軟件，同時取出膠囊內窺鏡，并啟動膠囊內窺鏡的電源開關，使其各元件正常工作，再通過患者吞服膠囊本體，使膠囊內窺鏡經過食道后，進入其胃部；

此時，LED燈將胃內壁充分照亮，照明及成像模塊中的錐形鏡和光學透鏡配合使用，以t幀/秒的速度對胃內壁進行清晰拍攝，得到徑向圖像，CCD圖像傳感器同時以t幀/秒的速度將拍攝的徑向圖像傳輸給圖像處理芯片，圖像處理芯片對徑向圖像進行編碼、數據打包壓縮處理后傳輸到信號調制發射芯片，調制發射芯片再以調制頻率為2.4GHZ ISM頻段的模擬信號進行信號調制，最終由射頻單元中的發射天線將調制后的徑向圖像發送至體外；

USB無線收發器接收到膠囊內窺鏡發射的徑向圖像后，將徑向圖像及時傳輸給PC機，PC機先利用圖像拼接軟件對徑向圖像進行圖像拼接，然后利用三維重建軟件對拼接后的徑向圖像進行三維重構，再將重構后的三維圖像在顯示器上實時顯示，醫生通過觀察重建后的三維圖像，能夠對患者的病灶進行準確、深入地分析；

其中，所述的透明外殼用采用耐腐蝕醫用高分子材料；所述的錐形鏡和光學透鏡配合使用時，以2幀/秒的速度對胃內壁進行清晰拍攝；

所述的PC機利用三維重建軟件對徑向圖像進行三維重構的方法為：

(1.1)、采用極坐標轉換為平面坐標的方法，將每一幅徑向圖像都轉換為平面圖像；

z=(x-x0)2-(y-y0)2]]>

θ=tan-1(y-y0x-x0)]]>

其中，(x,y)表示徑向圖像的像素點的坐標，(x₀,y₀)表示徑向圖像的圓心點的坐標，(θ,z)表示平面圖像的像素點的坐標；

(1.2)、對每幅平面圖像進行基于Harris角點的特征點提取；

對于平面圖像上的像素點定義能量函數E(u,v)為

E(u,v)=Σx‾,y‾w(x‾,y‾)[I(x‾+u,y‾+v)-I(x‾,y‾)]2]]>

其中，u,v分別為和方向上的平移量；I為圖像灰度函數；為窗口函數，δ為圖像灰度函數的標準差；

對于關于作泰勒展開，并去掉高階項，可以將E(u,v)記作：

E(u,v)=[u,v]·Muv]]>

其中，為函數I對的二次偏導數，為函數I依次對和求偏導數；

記λ₁，λ₂為M的兩個特征值，那么在窗口平移時出現如下三種情況：

(a)、在平坦區域，λ₁，λ₂均較小，在各個方向平移E(u,v)變化都不大；

(b)、在邊緣處，λ₁＞＞λ₂或者λ₁＜＜λ₂；

(c)、角點位置λ₁，λ₂的值都比較大，在任何方向平移E(u,v)都會增加；

根據上述三種情況，定義角點的相關函數：

其中，det(M)＝λ₁λ₂，trace(M)＝λ₁+λ₂，K為常數；

計算Harris角點時，當取局部極大值且大于給定閾值時的位置就是角點，即該幅平面圖上提取的特征點；

(1.3)、將提取出來的特征點采用相似性度量進行特征點匹配

采用相似性度量法對相鄰兩幅平面圖中的特征點進行匹配，再利用圖像拼接軟件將匹配好的圖像進行圖像拼接；

相似性度量算法：

R(x‾,y‾)=Σm=1MΣn=1N[Pix‾,y‾(m,n)-μpi][Pi-1x‾,y‾(m,n)-μPi-1]Σm=1MΣn=1N[Pix‾,y‾(m,n)-μpi]2Σm=1MΣn=1N[Pi-1x‾,y‾(m,n)-μPi-1]2]]>

其中，P_i、P_i-1表示相鄰兩幅平面圖，m×n是圖像像素大小，是相鄰兩幅平面圖進行匹配的像素點，分別表示相鄰兩幅平面圖的像素均值；表示相鄰兩幅平面圖進行匹配的像素點的相似度，的絕對值越大，則表明的相關度越高，即兩個點越匹配；

(1.4)、設目標特征點的坐標為P(r₁,θ₁,z₁)，s₁為目標經透鏡所成像與透鏡之間的距離；z₁和z₂分別為t₁和t₂時刻目標經錐形鏡所成像的高度；H₁和H₂分別為t₁和t₂時刻目標經透鏡所成像的高度；d為透鏡與錐形鏡之間的距離；L為t₁到t₂時刻膠囊內窺鏡向前移動的距離，且z₂＝z₁-L；r₁為特征點的深度信息；θ₁為平面圖像上的特征點的橫坐標；

根據錐形鏡成像原理，利用相似三角形求出匹配特征點的三維坐標，三維重建軟件根據所求特征點的三維坐標對圖像進行三維重建；

s1r1+d=H1z1=H2z2]]>

r1=s1LH2-H1-d,z1=H1LH2-H1.]]>