[发明专利]一种胶囊式内窥镜系统

说明书

技术领域

本发明属于内窥镜技术领域，更为具体地讲，涉及一种胶囊式内窥镜系统。

背景技术

随着生活水平的不断提高，人们的饮食结构发生改变，工作压力骤增，消化道疾病也越来越多，已成为最常见最多发的疾病之一。医生通常用传统的插入式内窥镜进入人体消化道，探测消化道图像信息，然而这种传统的内窥镜尺寸较大、带有外部操作装置，插入人体肠道深处时很容易对肠壁组织造成损伤，给患者带来巨大的不适和痛苦，随着MEMS技术的快速发展，外形如吞服胶囊大小的胶囊内窥镜应运而生。胶囊内窥镜在消化道中的一个重要应用是对消化道进行拍摄成像，为医生对消化道疾病的诊断提供直观的依据，胶囊内窥镜的成像技术包括了体腔内图像的采集、通信和处理三个主要部分。

由于胃肠道内壁结构复杂，无法观察褶皱里或弯曲处等盲区，且胶囊内窥镜拍摄的视野角度有限，不够宽阔，视距比较短，难以诊查到较远较大的病灶部位以及扩张的肠壁全周，导致漏检率升高。对胶囊内窥镜的图像进行三维重建是有效利用内镜图像信息的一个有力的方法，如果能够利用内镜图像的全部信息，不仅可以提高腔道寻径的准确度，还可以针对病变部位以及特定位置进行着重观察和精确定位，缩短诊查时间，进而为下一步开展活体取样等功能打下基础，获得内镜图像的三维信息为医生诊断提供了非常重要的参考。

现有的三维重建的主要方法有：测量矩阵估计算法，该算法利用匹配好的2D特征点对组成一个测量矩阵，然后对测量矩阵进行奇异值分解直到得到3D特征点的坐标和摄像机的运动参数，该算法的问题是对基本矩阵的估计导致速度减慢，操作量大、计算较复杂，且误差积累比较大。

还有基于明暗度(SFS)信息进行3D重建，该算法通过分析图像中的明暗度信息，运用反射光照模型，恢复出物体表面法向量信息进行三维重建，该方法要基于三个假设：(1)反射模型为朗伯特模型，即从各个角度观察，同一点的明暗度都相同的；(2)光源为无限远处点光源；(3)成像关系为正交投影。由于该方法对光照条件要求比较严苛，需要精确知道光源的位置及方向等信息，而胶囊内窥镜中光源与目标位置很近，所以此方法不适用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种胶囊式内窥镜系统，基于锥形镜成像以及相似三角形原理的三维重建，具有操作简便、结构简单，并可以获得准确的三维图像。

为实现上述发明目的，本发明一种胶囊式内窥镜系统，其特征在于，包括：胶囊内窥镜、USB无线收发器和带有图像拼接及三维重建软件的PC机；

所述的胶囊内窥镜包括透明外壳、照明及成像模块、图像获取传输及处理模块；

其中，透明外壳采用密封性能良好的材料，能很好的将照明及成像模块和图像获取传输及处理模块与外部隔绝，避免体液污染；

照明及成像模块，包括六个均匀分布的LED灯、一个圆心角为90°的锥形镜、光学透镜和CCD图像传感器；

其中，六个LED灯均匀分布在图像传感器周围，锥形镜位于光学透镜的正前方，且锥形镜为90°的圆心角正对着光学透镜的中心；

图像获取传输及处理模块，包括图像处理芯片，逻辑控制电路，信号调制发射芯片和射频单元；

当患者需要内窥检查时，开启PC机并打开三维重建软件，同时取出胶囊内窥镜，并启动胶囊内窥镜的电源开关，使其各元件正常工作，再通过患者吞服胶囊本体，使胶囊内窥镜经过食道后，进入其胃部；

此时，LED灯将胃内壁充分照亮，照明及成像模块中的锥形镜和光学透镜配合使用，以t帧/秒的速度对胃内壁进行清晰拍摄，得到径向图像，CCD图像传感器同时以t帧/秒的速度将拍摄的径向图像传输给图像处理芯片，图像处理芯片对径向图像进行编码、数据打包压缩处理后传输到信号调制发射芯片，调制发射芯片再以调制频率为2.4GHZ ISM频段的模拟信号进行信号调制，最终由射频单元中的发射天线将调制后的径向图像发送至体外；

USB无线收发器接收到胶囊内窥镜发射的径向图像后，将径向图像及时传输给PC机，PC机先利用图像拼接软件对径向图像进行图像拼接，然后利用三维重建软件对拼接后的径向图像进行三维重构，再将重构后的三维图像在显示器上实时显示，医生通过观察重建后的三维图像，能够对患者的病灶进行准确、深入地分析。

其中，所述的PC机利用三维重建软件对无线图像信息进行三维重构的方法为：

(1.1)、采用极坐标转换为平面坐标的方法，将每一幅径向图像都转换为平面图像；