具有用以照明处于不同距离上的组织的多个源的体内相机制造技术

一种使用多个源(205、206)来照明组织(241)的体内内窥镜(200)。来自短程源(206)的光通过与成像区域(212)重叠的第一照明区域(210)射出内窥镜(200)的管状壁，并且光在被组织反射后通过成像区域(210)返回，以在相机(304)中形成图像。来自长程源(205)的光通过不与成像区域(212)重叠的第二照明区域(211)射出管状壁(201M)。一些实施方式的内窥镜200包括反射镜(218)，并且来自短程源(206)的发射体的光被分裂并从相机(304)的光轴(306)的两侧到达第一照明区域(210)。用光的分裂部分照明第一照明区域(210)产生比直接用未分裂光束的照明更高的照明均匀性。由每个源(205、206)所产生的能量根据要进行成像的组织的距离(d1、d2)而改变。

In vivo cameras with multiple sources for illuminating tissues at different distances

An endoscope (200) that uses multiple sources (205, 206) to illuminate tissue (241). Light from the short-range source (206) emits the tubular wall of the endoscope (200) through the first illumination area (210) overlapping the imaging area (212) and returns through the imaging area (210) after being reflected by the tissue to form an image in the camera (304). Light from a long-range source (205) emits a tubular wall (201M) through a second illumination area (211) that does not overlap the imaging area (212). The endoscope 200 of some embodiments includes a mirror (218) and the light from the emitter of the short-range source (206) is split from both sides of the optical axis (306) of the camera (304) to the first illumination area (210). The first illumination area (210) illuminated by the split part of light produces a higher illumination uniformity than that illuminated directly by the unbroken beam. The energy generated by each source (205, 206) varies according to the distance (d1, d2) of the tissue to be imaged.

【技术实现步骤摘要】
具有用以照明处于不同距离上的组织的多个源的体内相机本申请是申请日2009年6月1日提交的、申请号为201410532920.8、专利技术名称为“具有用以照明处于不同距离上的组织的多个源的体内相机”的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求对于以引用的方式整体并入本文中的、由GordonC.Wilson于2008年6月9日提交的标题为“InVivoCAMERAWITHMULTIPLESOURCESTOILLUMINATETISSUEATDIFFERENTDISTANCES”的第61/060,068号临时美国申请(律师案卷CAP003PV)的优先权。本申请还要求对于以引用的方式整体并入本文中的、由GordonC.Wilson于2009年5月29日提交的标题为“InVivoCAMERAWITHMULTIPLESOURCESTOILLUMINATETISSUEATDIFFERENTDISTANCES”的第12/4754,358号非临时美国申请(律师案卷CAP003US)的优先权。
技术介绍
已经开发出配置用以从生物体的机体内的体内通道和腔内，如胃肠(GI)道内的腔、管和管状器官内拍摄图像的各种现有技术设备。一些现有技术设备被形成为尺寸小到足以吞咽的胶囊。胶囊通常包含相机以及一个或多个光源用于照明胶囊外的物体，其图像将由相机所记录。胶囊中的电子器件可以由电池或者由来自体外的感应式功率传输来驱动。胶囊还可以包括存储器用于储存拍摄到的图像，以及/或者无线电发射器用于将数据传输到机体外的体外接收器。常用的诊断过程包括活生物体(如人或动物)吞咽胶囊，继而胶囊中的相机随着胶囊在蠕动的作用下被动地移动通过由GI道的内部组织壁所形成的生物体腔而以不同时间间隔拍摄图像。根据成像的器官的大小，可以设想两种一般的图像拍摄情况。在相对狭窄的通道中，诸如食道和小肠中，呈椭圆形并且长度小于通道直径的胶囊将在通道内自然地将其自身纵向对齐。在几种现有技术胶囊中，相机位于胶囊一端(或两端)的透明穹顶之下。相机朝下面向通道从而使图像的中心由黑洞形成。人们所感兴趣的区域是图像周边处的肠壁。图1A示例说明了现有技术的体内相机胶囊100。胶囊100包括可在器官102(诸如食道或小肠)的内腔104内在该器官内部体内穿行的壳体。在图1A中所示的图像拍摄情况中，胶囊100与器官的内表面106相接触，而相机透镜开口110在其视野128内拍摄图像。胶囊100可以包括：输出端口114，用于输出图像数据；电源116，用于为相机的组件供电；存储器118，用于储存图像；压缩电路120，用于对要在存储器中储存的图像进行压缩；图像处理器112，用于处理图像数据；以及LED126，用于照明器官的表面106从而可以由从表面散射的光拍摄图像。当胶囊在其直径大于胶囊的任何尺度的腔(诸如结肠)中时，出现第二情况。在这一情况中，胶囊定向的可预见性大大降低，除非有一些机制来稳定它。假设器官中没有食物、排泄物或者流体，那么作用于胶囊上的主要的力为重力、表面张力、摩擦力以及腔壁压向胶囊的力。腔向胶囊施加压力，作为对诸如将胶囊推向它的重力等其他力的被动反力，并且作为蠕动的周期性主动压力。这些力决定了胶囊在滞留期间的移动及其定向的动态。这些力中的每一个力的大小和方向受到胶囊和腔的物理特性的影响。例如，胶囊的质量越大，重力就将越大；而胶囊越光滑，摩擦力就越小。结肠壁中的起伏倾向于将胶囊翻倒，从而使胶囊的纵轴118不与结肠的纵轴平行。图1B示出了通道134的一个例子，如人类结肠，且胶囊100在图的左侧与表面132接触。在这种情况下，相机的光轴(未示出)平行于通道134的纵轴(两个轴在图中都是竖直定向的)。胶囊100还具有与其相机的光轴重合的纵轴118。通道134中的脊状突起136具有前表面138，该前表面138为可见的并且因而在胶囊100接近该脊状突起(假设胶囊100在图中向上移动)时被其成像。然而，对于透镜开口110，脊状突起136的背面140是不可见的，并因此无法形成背面140的图像。具体而言，胶囊100错过了表面140的部分，并且注意，其错过了通道134中被示为息肉142的不规则物。在图1B中，将透镜开口110的视野内的三点标记为了A、B和C。透镜开口110对于这三点的距离是不同的，其中可视范围112在胶囊的一侧比另一侧更宽阔，因此需要大景深来同时为所有三个点产生适当的聚焦。并且，如果LED(发光二极管)照明器在整个角度FOV(视野)中提供均匀的光通量，那么相比于B和C点，A点将被更为明亮地照明。因此，对于B点的最佳曝光导致在A点曝光过度并且在C点曝光不足。对于A点的最佳曝光导致在B和C点曝光不足。对于每幅图像，仅有FOV的相对较小的百分比将具有适当的聚焦和曝光，从而使系统的效率低下。功率会由可能为CMOS或CCD像素阵列的成像器和闪光灯消耗在图像的各部分上。另外，没有图像压缩的话，更多的系统资源会消耗在对具有低信息含量的图像的部分的储存或传输上。为了最大化充分成像结肠内的所有表面的可能性，在该现有技术胶囊的使用中需要大量的冗余度，亦即多个重叠图像。US6,836,377和US6,918,872公开了两种用于非全景式胶囊相机的现有技术几何结构。在US6,836,377中，胶囊穹顶是椭球形的，且光瞳位于其中心而LED位于焦曲面上。在US6,918,872中，穹顶是球形的，且光瞳居中于曲面的中心而同一平面中的LED更为靠近球体的边缘。刚刚描述的两项专利以引用的方式整体并入本文中作为
技术介绍
。在转让给CapsoVision,Inc.的标题为“InVivoSensorwithPanoramicCamera”的、由Kang-HuaiWang和GordonWilson于2006年12月19日提交的美国专利申请11/642,285中公开了用于具有全景式成像系统的胶囊内窥镜的各种照明几何结构。刚刚描述的专利申请以引用的方式整体并入本文中。标题为“Self-StabilizingEncapsulatedImagingSystem”的、由Mintchev等人所做出的美国专利公布2006/0178557以引用的方式整体并入本文中作为
技术介绍
。这一公布描述了在本文所附的图1C中所示的胶囊内窥镜，其中发光二极管(LED)154和成像器152(例如CMOS成像器)安装在胶囊在末端156a与156b之间的中心区域中。胶囊包括向外部接收器传输由成像器152所获得的图像的RF发射器158。胶囊还包括电池160a和160b，以及控制器162。标题为“Device,systemandmethodofpanoramicmultiplefieldofviewimaging”的由Gilad等人所作出的美国专利2006/0217593提出了一种全景的多视场成像系统和方法。例如，体内的图像至少包括第一图像部分和第二图像部分，其中第一图像部分对应于体内成像设备的第一视场，而第二图像部分对应于体内成像设备的第二视场。专利技术人相信，人们期望对用于由内窥镜对体内通道进行的成像的照明进行改进。
技术实现思路
根据本专利技术，内窥镜使用多个光源在体腔内提供照明，并且使用其中封闭的相机来拍摄体腔中组织的图片。在本专利技术的某些实施方式中，使用源中的一个(也被称为“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内窥镜设备，包括：封闭在包括管状壁的壳体内的多个发射器，所述多个发射器被定位成围绕相机的环，所述多个发射器中的每个发射器包括一对端子、以及耦合到所述一对端子的至少一个电磁辐射发射体；光学元件，其封闭在所述壳体内，所述光学元件被定位在所述多个发射器中的至少一个发射器发射的部分电磁辐射的路径之中，以便将所述部分电磁辐射中的至少一部分引导出所述壳体；其中所述光学元件的至少一部分在横向平面的第一侧，并且所述至少一个发射器在所述横向平面的第二侧，并且来自所述至少一个发射器的所有电磁辐射都在所述横向平面的所述第二侧发射，所述横向平面垂直于所述壳体的纵向轴，所述壳体的沿着所述纵向轴的尺寸大于所述横向平面内的任何尺寸；其中所述相机定位在所述壳体中，使得通过在所述壳体外的反射之后通过所述横向平面的所述第一侧上的所述管状壁进入所述壳体的、所述部分电磁辐射中的至少一部分，在所述相机中形成至少一部分图像。

【技术特征摘要】
2008.06.09 US 61/060,068;2009.05.29 US 12/475,4351.一种内窥镜设备，包括：封闭在包括管状壁的壳体内的多个发射器，所述多个发射器被定位成围绕相机的环，所述多个发射器中的每个发射器包括一对端子、以及耦合到所述一对端子的至少一个电磁辐射发射体；光学元件，其封闭在所述壳体内，所述光学元件被定位在所述多个发射器中的至少一个发射器发射的部分电磁辐射的路径之中，以便将所述部分电磁辐射中的至少一部分引导出所述壳体；其中所述光学元件的至少一部分在横向平面的第一侧，并且所述至少一个发射器在所述横向平面的第二侧，并且来自所述至少一个发射器的所有电磁辐射都在所述横向平面的所述第二侧发射，所述横向平面垂直于所述壳体的纵向轴，所述壳体的沿着所述纵向轴的尺寸大于所述横向平面内的任何尺寸；其中所述相机定位在所述壳体中，使得通过在所述壳体外的反射之后通过所述横向平面的所述第一侧上的所述管状壁进入所述壳体的、所述部分电磁辐射中的至少一部分，在所述相机中形成至少一部分图像。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学元件被形成为减少所述部分电磁辐射的角度发散。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学元件包括至少由部分抛物面限定的反射面。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述部分电磁辐射以下作为第一部分，并且其中，电磁辐射的第二部分在没有所述光学元件的引导的情况下离开所述壳体。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学元件包括由角度集中器限定的反射面，所述角度集中器具有穿过所述至少一个发射器的位置的轴。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述部分电磁辐射以下作为第一部分，其中所述壳体具有近端和远端，并且其中，所述光学元件包括沿纵向方向从所述相机的光轴朝向所述近端偏移的反射面；以及所述多个发射器中的每个发射器沿纵向方向从所述相机的所述光轴朝向所述远端偏移；以及所述反射面被定位在由所述多个发射器中的至少一个发射器所发射的电磁辐射的第二部分的路径中，以便将所述电磁辐射的第二部分中的至少一部分反射出所述壳体。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述反射面是环形的。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述多个发射器以下作为多个第一发射器，所述反射面在反射镜上，并且其中，所述设备进一步包括多个第二发射器；以及所述多个第二发射器沿所述纵向方向从所述光轴朝着所述近端偏移。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个第二发射器被定位在所述反射镜的后面，所述反射镜充当挡板，以阻挡源自所述多个第二发射器中的至少一个发射器的光线形成能够被所述相机捕获的虚拟图像。10.根据权利要求8所述的设备，进一步包括封闭在所述壳体内的挡板，其中，所述多个第二发射器定位在所述挡板后面，以阻挡源自所述多个第二发射器中的至少一个发射器的光线形成能够被所述相机捕获的虚拟图像。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学元件具有面向所述至少一个发射器的输入光圈和输出光圈，所述部分电磁辐射在所述输出光圈处具有减少的角度发散；以及所述光学元件具有额外的输入光圈和额外的输出光圈，以使得由所述至少一个发射器发射的额外部分的电磁辐射通过所述额外的输入光圈进入所述光学元件、并且在所述额外的输出光圈处离开所述光学元件。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学元件包括在一个层的一侧上的反射面，以及所述层具有反射由所述至少一个发射器发射的额外部分的电磁辐射中的至少一部分的另一侧。13.根据权利要求1所述的设备，其中，纵向平面穿过所述壳体的表面与所述相机的光轴相交形成的交点，所述纵向平面还穿过弧AB的曲率中心C，所述弧AB由所述壳体的所述表面与平行于所述光轴并穿过所述交点的横向平面的相交限定，所述横向平面与所述纵向平面被定向成相互垂直；以及所述光学元件限制从所述至少一个发射器发射的至少一些照明光线的角度发散，使得所述至少一些照明光线中的照明光线在从所述交点反射后到所述纵向平面上的投影与所述壳体的所述表面的法线成角度θi，θi>θFOV+α，其中θFOV为相机投影在所述纵向平面中的视野的半角，而α为所述法线与所述光轴之间的角。14.根据权利要求1所述的设备，其中，由所述至少一个发射器发出的第一照明光线以入射角θi入射在所述壳体上、并且以相对于线N的相同反射角被反射，所述线N平分由所述第一照明光线与由所述壳体对所述第一照明光线的反射所产生的反射光线所形成的角；U点存在于同所述入射光线共线的第一线与同所述反射光线共线的第二线的相交处；第一图像形成光线与线N形成角度σ，所述第一图像形成光线被包含在多个图像形成光线之中，所述多个图像形成光线形成所述图像的、提供给包含于所述设备中的发射器的经裁剪的部分；来自所述至少一个发射器的额外的照明光线的角度受限，使得对于入射在所述壳体上的任何额外的照明光线与包含于所述多个图像形成光线中的对应的额外的图像形成光线的对子中的大部分而言，θi>σ；所述第一图像形成光线在位于所述壳体与所述相机之间的自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·C·威尔森，
申请(专利权)人：康生科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US