【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其是涉及一种多模态成像的胶囊内窥镜系统。
技术介绍
1、胃肠道疾病的高发病率和高死亡率严重危害到人类的生命，所以对胃肠道癌症早期检测的重要性无法被低估。由于胃肠道癌患者早期并没有明显的症状，而且由于常规内镜的强侵入型容易引起检查者的极度不适感，所以大多数患者在出现食欲不振、消化不良、腹泻、便秘、恶心等症状时，并不愿意进行内窥镜检查；而且传统内窥镜系统也很容易漏检不典型增生或者浅表癌等异常情况。当临床上得到确诊时，往往已经发展成为了癌，此时的治疗痛苦和费用将大大增加。可见定期进行胃肠道癌筛查和早期检测对于发现并治疗胃肠道癌至关重要。
2、目前，用来进行胃肠道癌检测的主流手段仍然是标准内窥镜，标准内窥镜作为一种系留装置，在医生的操纵下进入人的口腔，食管，穿过胃进入十二指肠及小肠，整个过程中将给检查者带来极大的不适感，而且标准内窥镜在常规白光下很难看到不典型增生或浅表癌，不利于对胃肠道早期癌症的全面检查与诊断。
3、相继出现的其他系留内窥镜，如放大内镜、共聚焦内镜，虽然它们提高了分辨率，但是操作难度很大，需要经验丰富的医生进行操作；细胞内镜可以观察到细胞内部结构，但是通常需要对目标细胞进行标记，可能对细胞产生不利影响；窄带成像技术无需额外的成本和使用外源性染料的情况下利用光与组织的相互作用的光谱变化增强了血管和表面纹理的显影效果，但是单独窄带成像缺少白光成像的辅助作用，不利于得到高分辨率图像，而且窄带成像仅对血管富集的区域有明显的效果；自体荧光技术是一种广域成像技术，能够快速检查胃
4、胶囊内窥镜将照明、成像、无线传输等功能部件集成到微型胶囊中，对胃肠道进行检测，有效解决了系留装置检测带来的问题。然而，传统胶囊内窥镜通常使用单一白光作为光源，通过采集到的图像判断组织是否存在病变，再将可疑的病变进行活检取样和病理分析。在白光下，能够识别颜色变化明显、形状变化显著的病变组织，但是难以发现不典型增生和浅表癌，一旦出现漏诊情况将对病人造成不可弥补的遗憾。
5、因此，针对以上问题，迫切需要开发一种灵敏度高、全面且无损的癌症检测系统来实现对胃肠道患者的早期检查。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提供一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，利用白光成像进行大范围初步检测，利用窄带成像使胃肠道粘膜微血管与胃小凹的形态更加清晰直观，利用自体荧光成像区分正常粘膜与异常组织，三模态实时成像实现对胃肠道癌早期不典型增生或者浅表癌灵敏、准确、全面且无损的非侵入式检测，降低漏诊以及假阳性情况的出现。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，包括：胶囊内窥镜、外部无线供能模块和图像接收与处理模块，其中，
4、所述胶囊内窥镜包括白光和窄带成像模块、自体荧光成像模块、无线传输模块、光源控制模块、位置控制模块、无线供能接收模块和胶囊外壳封装；
5、所述白光与窄带成像模块用于采集白光图像和窄带图像；
6、所述自体荧光成像模块用于采集自体荧光图像；
7、所述无线传输模块由预设代码或者外部指令将白光图像、窄带图像和自体荧光图像传输给外部图像接收与处理模块；
8、所述光源控制模块控制胶囊内窥镜中不同模块光源的开启和关断；
9、所述无线供能接收模块从外部通过无线方式接收能量并为胶囊内窥镜提供能量；
10、所述位置控制模块控制胶囊内窥镜在胃肠道中的位置和姿态；
11、所述外部无线供能模块通过无线供能接收模块向胶囊内窥镜提供能量；
12、所述图像接收与处理模块通过无线传输模块接收胶囊内窥镜采集的图像并进行识别与分析。
13、所述白光与窄带成像模块包括三组led和一个cmos图像采集芯片，其中，三组led分别包括两个白光led、两个蓝光led、两个绿光led，三组led在空间上呈环形均匀分布于cmos图像采集芯片周围，每组中的两个led的中心的连线穿过环形的圆心且分布在圆心两侧，cmos图像采集芯片的中心与环形的圆心重叠。
14、所述白光和窄带成像模块中的两个白光led发出可见光，波长范围为390-780nm，两个蓝光led的中心波长为415nm，两个绿光led的中心波长为540nm，6个led光源均沿胶囊轴向方向指向外部。
15、所述自体荧光成像模块包括微型激光二极管、1×2耦合光路、微型透镜、带通滤光片和ccd图像传感芯片，用于采集自体荧光图像，自体荧光成像模块中的光路路径为：微型激光二极管发出的光进入1×2耦合光路的输入端，进入与微型透镜相连的输出端，经过微型透镜聚焦后照射到要检测的组织上，激发组织产生自体荧光信号，自体荧光信号再次经过微型透镜的聚焦进入到1×2耦合光路的另一光路，通过中心波长为520nm的带通滤光片后由ccd图像传感芯片检测自体荧光信号。
16、所述自体荧光成像模块中的微型激光二极管的中心波长为440nm。
17、所述自体荧光成像模块中，1×2耦合光路由机加工得到光路槽孔，并嵌入纤芯直径为400μm的单模光纤。
18、所述微型透镜由聚苯乙烯材料制成，直径为400μm。
19、所述滤光片选用520nm的带通滤光片，以检测以黄素腺嘌呤二核苷酸为主的自体荧光物质产生的自体荧光。
20、所述外部无线供能模块包括直流电压源、逆变控制器和发射线圈，直流电压源输出的直流信号经逆变控制器控制输出交流信号，交流信号作用在发射线圈上，将能量通过线圈传递至无线供能接收模块。
21、所述图像接收与处理模块包括白光成像识别模块、窄带成像识别模块、自体荧光图像处理与识别模块、显示器和存储器，其中，白光成像识别模块将胶囊内窥镜拍摄的白光图像实时展示在显示器上，窄带成像识别模块将胶囊内窥镜探测到的窄带图像实时展现在显示器上，自体荧光识别模块将胶囊内窥镜探测到的自体荧光图像实时展示在显示器上，存储器用于存储胶囊内窥镜采集的白光图像、窄带图像和自体荧光图像。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、本专利技术的胶囊内窥镜系统，克服了系留装置带来的不适感，解决了常规胶囊内窥镜难以发现细小扁平的早期癌变和不典型增生等情况，通过白光成像、窄带成像和自体荧光成像，既可以进行大面积的高质量成像，又能够将胃肠道粘膜微血管与胃小凹的形态更加清晰直观展现出来，还可以区分正常粘膜与异常组织，三模态成像实现对胃肠道癌早期不典型增生或者浅表癌灵敏、全面且无损的检测，降低了漏诊现象以及假阳性情况的出现。...
【技术保护点】
1.一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，包括：胶囊内窥镜(1)、外部无线供能模块(4)和图像接收与处理模块(5)，其中，
2.根据权利要求1所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述白光与窄带成像模块(2)包括三组LED和一个CMOS图像采集芯片(207)，其中，三组LED分别包括两个白光LED、两个蓝光LED、两个绿光LED，三组LED在空间上呈环形均匀分布于CMOS图像采集芯片(207)周围，每组中的两个LED的中心的连线穿过环形的圆心且分布在圆心两侧，CMOS图像采集芯片(207)的中心与环形的圆心重叠。
3.根据权利要求2所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述白光和窄带成像模块(2)中的两个白光LED发出可见光，波长范围为390-780nm，两个蓝光LED的中心波长为415nm，两个绿光LED的中心波长为540nm，6个LED光源均沿胶囊轴向方向指向外部。
4.根据权利要求1所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述自体荧光成像模块(3)包括微型激光二极管(301)、1×2耦合光路(302
5.根据权利要求4所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述自体荧光成像模块(3)中的微型激光二极管(301)的中心波长为440nm。
6.根据权利要求4所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述自体荧光成像模块(3)中，1×2耦合光路(302)由机加工得到光路槽孔，并嵌入纤芯直径为400μm的单模光纤。
7.根据权利要求4所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述微型透镜(303)由聚苯乙烯材料制成，直径为400μm。
8.根据权利要求4所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述带通滤光片(304)选用520nm的带通滤光片，以检测以黄素腺嘌呤二核苷酸为主的自体荧光物质产生的自体荧光。
9.根据权利要求1所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述外部无线供能模块(4)包括直流电压源(401)、逆变控制器(402)和发射线圈(403)，直流电压源(401)输出的直流信号经逆变控制器(402)控制输出交流信号，交流信号作用在发射线圈(403)上，将能量通过线圈传递至无线供能接收模块(104)。
10.根据权利要求1所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述图像接收与处理模块(5)包括白光成像识别模块(501)、窄带成像识别模块(502)、自体荧光图像处理与识别模块(503)、显示器(504)和存储器(505)，其中，白光成像识别模块(501)将胶囊内窥镜(1)拍摄的白光图像实时展示在显示器(504)上，窄带成像识别模块(502)将胶囊内窥镜(1)探测到的窄带图像实时展现在显示器(504)上，自体荧光识别模块(503)将胶囊内窥镜(1)探测到的自体荧光图像实时展示在显示器(504)上，存储器(505)用于存储胶囊内窥镜(1)采集的白光图像、窄带图像和自体荧光图像。
...【技术特征摘要】
1.一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，包括：胶囊内窥镜(1)、外部无线供能模块(4)和图像接收与处理模块(5)，其中，
2.根据权利要求1所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述白光与窄带成像模块(2)包括三组led和一个cmos图像采集芯片(207)，其中，三组led分别包括两个白光led、两个蓝光led、两个绿光led，三组led在空间上呈环形均匀分布于cmos图像采集芯片(207)周围，每组中的两个led的中心的连线穿过环形的圆心且分布在圆心两侧，cmos图像采集芯片(207)的中心与环形的圆心重叠。
3.根据权利要求2所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述白光和窄带成像模块(2)中的两个白光led发出可见光，波长范围为390-780nm，两个蓝光led的中心波长为415nm，两个绿光led的中心波长为540nm，6个led光源均沿胶囊轴向方向指向外部。
4.根据权利要求1所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述自体荧光成像模块(3)包括微型激光二极管(301)、1×2耦合光路(302)、微型透镜(303)、带通滤光片(304)和ccd图像传感芯片(305)，用于采集自体荧光图像，自体荧光成像模块(3)中的光路路径为：微型激光二极管(301)发出的光进入1×2耦合光路(302)的输入端，进入与微型透镜(303)相连的输出端，经过微型透镜(303)聚焦后照射到要检测的组织上，激发组织产生自体荧光信号，自体荧光信号再次经过微型透镜(303)的聚焦进入到1×2耦合光路(302)的另一光路，通过中心波长为520nm的带通滤光片(304)后由ccd图像传感芯片(305)检测自体荧光信号。
5.根据权利要求4所述的一种多模态成像的胶囊内窥镜系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，王伟成，周诚，蒋金磊，汪炜，章阿敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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