[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

技術領域

本發明屬于內窺鏡技術領域，更為具體地講，涉及一種膠囊式內窺鏡系統。

背景技術

隨著生活水平的不斷提高，人們的飲食結構發生改變，工作壓力驟增，消化道疾病也越來越多，已成為最常見最多發的疾病之一。醫生通常用傳統的插入式內窺鏡進入人體消化道，探測消化道圖像信息，然而這種傳統的內窺鏡尺寸較大、帶有外部操作裝置，插入人體腸道深處時很容易對腸壁組織造成損傷，給患者帶來巨大的不適和痛苦，隨著MEMS技術的快速發展，外形如吞服膠囊大小的膠囊內窺鏡應運而生。膠囊內窺鏡在消化道中的一個重要應用是對消化道進行拍攝成像，為醫生對消化道疾病的診斷提供直觀的依據，膠囊內窺鏡的成像技術包括了體腔內圖像的采集、通信和處理三個主要部分。

由于胃腸道內壁結構復雜，無法觀察褶皺里或彎曲處等盲區，且膠囊內窺鏡拍攝的視野角度有限，不夠寬闊，視距比較短，難以診查到較遠較大的病灶部位以及擴張的腸壁全周，導致漏檢率升高。對膠囊內窺鏡的圖像進行三維重建是有效利用內鏡圖像信息的一個有力的方法，如果能夠利用內鏡圖像的全部信息，不僅可以提高腔道尋徑的準確度，還可以針對病變部位以及特定位置進行著重觀察和精確定位，縮短診查時間，進而為下一步開展活體取樣等功能打下基礎，獲得內鏡圖像的三維信息為醫生診斷提供了非常重要的參考。

現有的三維重建的主要方法有：測量矩陣估計算法，該算法利用匹配好的2D特征點對組成一個測量矩陣，然后對測量矩陣進行奇異值分解直到得到3D特征點的坐標和攝像機的運動參數，該算法的問題是對基本矩陣的估計導致速度減慢，操作量大、計算較復雜，且誤差積累比較大。

還有基于明暗度(SFS)信息進行3D重建，該算法通過分析圖像中的明暗度信息，運用反射光照模型，恢復出物體表面法向量信息進行三維重建，該方法要基于三個假設：(1)反射模型為朗伯特模型，即從各個角度觀察，同一點的明暗度都相同的；(2)光源為無限遠處點光源；(3)成像關系為正交投影。由于該方法對光照條件要求比較嚴苛，需要精確知道光源的位置及方向等信息，而膠囊內窺鏡中光源與目標位置很近，所以此方法不適用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種膠囊式內窺鏡系統，基于錐形鏡成像以及相似三角形原理的三維重建，具有操作簡便、結構簡單，并可以獲得準確的三維圖像。

為實現上述發明目的，本發明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PC機利用三維重建軟件對無線圖像信息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；