膠囊內窺鏡系統的制作方法

本實用新型涉及一種應用于醫療技術領域的膠囊內窺鏡系統。

背景技術：

膠囊內窺鏡系統由于其安全性、可靠性以及診斷過程中的舒適性等優點，目前已被廣泛認可并應用于胃腸道疾病的診斷中。膠囊內窺鏡具備攝像單元和使用LED燈構成的照明裝置以及無線通訊裝置等，并內置于大小可供人口服的膠囊殼體中，通過由被檢者從口吞服，能夠在通過體腔的過程中對胃或腸道等進行拍攝。膠囊內窺鏡也可將拍攝信息通過無線裝置發送到外部，外部設備接收拍攝信息，再顯示在顯示設備上。在人體胃腸道無痛苦、無創傷的狀態下，醫護人員可根據顯示設備上的圖像對被檢者進行胃腸道疾病的診斷。

目前使用的膠囊內窺鏡系統的成像方式均為二維圖像，為了使膠囊內窺鏡更加靈活、可控、效率更高，研究中采用虛擬現實技術的膠囊內窺鏡系統可實現三維成像。然而該虛擬現實技術未采用三維建模技術，最后還需要通過特殊的頭盔或者眼鏡或者顯示來供醫生使用，才能觀察到三維圖像，并且操作過程中也不方便，并不能完全實現三維成像。并且，由于膠囊內窺鏡的運動方向及拍攝角度不可控制，從而導致無法拍攝整個消化道的三維圖像，且觀察胃部及小腸等圖像的觀察視角也有限。

因此，必須設計一種方便使用的膠囊內窺鏡系統。

技術實現要素：

本實用新型針對現有技術存在的問題，其目的在于提供一種可讓使用者直接用肉眼觀察的膠囊內窺鏡系統。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種膠囊內窺鏡系統，用于觀察被檢者體內的消化道，所述膠囊內窺鏡系統包括膠囊內窺鏡、用以對消化道進行三維建模的三維成像裝置、以及用以顯示三維模型的顯示裝置；所述膠囊內窺鏡包括呈膠囊狀的殼體、設置于殼體內的攝像裝置、用于處理攝像裝置拍攝的圖像的圖像處理裝置以及用以在圖像處理裝置和三維成像裝置之間通訊的射頻傳輸裝置。

作為本實用新型的進一步改進，所述攝像裝置包括用于模擬人眼的兩個攝像單元，該兩個攝像單元固定于膠囊內窺鏡所包括的電路板上且相互間隔設置。

作為本實用新型的進一步改進，所述兩個攝像單元之間間隔1cm至2cm。

作為本實用新型的進一步改進，所述殼體包括相互配合連接的透明殼體和不透明殼體，所述攝像裝置朝向所述透明殼體設置。

作為本實用新型的進一步改進，所述殼體內部設置有照明裝置。

作為本實用新型的進一步改進，所述膠囊內窺鏡系統還包括有運動控制裝置，所述運動控制裝置包括固定于殼體內部的磁鐵、固定于殼體內的用以探測/記錄膠囊內窺鏡位置、姿態信息的磁傳感器、以及設置于殼體外部用以控制所述膠囊內窺鏡運動的永磁體。

作為本實用新型的進一步改進，所述三維成像裝置包括：三維坐標計算模塊，用以在拍攝過程中根據膠囊內窺鏡的位置、姿態信息及攝像裝置所拍攝的圖像，計算膠囊內窺鏡在消化道內壁的空間坐標信息，該空間坐標信息也被稱作點云；隨著膠囊內窺鏡的位置變化，形成一系列點云；三維點云融合模塊，用以將一系列點云融合形成完整的消化道點云；三維模型重建模塊，用以根據消化道點云對攝像裝置所拍攝的圖像進行三維重建形成消化道的三維模型。

作為本實用新型的進一步改進，所述三維成像裝置還包括：攝像裝置校準模塊，用以在拍攝之前校準攝像裝置的鏡頭參數；三維點云降噪模塊，用以對拍攝及計算過程中產生的誤差點云進行降噪處理。

本實用新型的有益效果是：所述膠囊內窺鏡通過攝像裝置拍攝消化道的圖像，并將所拍攝的圖像通過三維成像裝置以形成三維模型映射于顯示裝置上，使得使用者可通過肉眼直接觀察，而不需要借助頭盔眼鏡都工具，使用方便。

附圖說明

圖1為本實用新型膠囊內窺鏡的示意圖；

圖2為本實用新型膠囊內窺鏡的俯視圖；

圖3為本實用新型膠囊內窺鏡系統的硬件結構圖。

具體實施方式

以下將結合附圖所示的各實施方式對本實用新型進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本實用新型，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構或功能上的變換均包含在本實用新型的保護范圍內。

如圖1至3所示，本實用新型提供了一種膠囊內窺鏡系統，應用于醫療技術領域，所述膠囊內窺鏡系統包括膠囊內窺鏡100、用以根據膠囊內窺鏡100拍攝的圖像對消化道進行三維建模的三維成像裝置300、用以控制膠囊內窺鏡100在消化道內活動的運動控制裝置(圖中未示出)、以及用以顯示三維模型的顯示裝置200。所述顯示裝置200可以為各種電子設備的顯示屏，例如電腦的顯示屏等。所述運動控制裝置包括設置固定于膠囊內窺鏡100內的可控制帶動膠囊內窺鏡100運動的磁鐵2，設置于膠囊內窺鏡100內部并且用以探測/記錄膠囊內窺鏡100位置的磁傳感器9，以及設置于膠囊內窺鏡100外部用以控制所述膠囊窺鏡100運動的永磁體500。

如圖1所示，所述膠囊內窺鏡100包括呈膠囊狀的殼體1、設置于殼體1內的攝像裝置3、用于控制攝像裝置3并對攝像裝置3所拍攝的圖像數據進行處理的圖像處理裝置4、以及在圖像處理裝置4和三維成像裝置之間通訊的射頻傳輸裝置5。所述膠囊內窺鏡100還包括有對被檢者消化道內部進行照明的照明裝置6、用以給膠囊內窺鏡100供電的電源7、上述磁鐵2、磁傳感器9、以及電路板8。

所述殼體1由相互配合連接的透明殼體11和不透明殼體12組成，并且所述透明殼體11和不透明殼體12形狀呈條狀且相互配合。

所述電路板8位于所述透明殼體11和不透明殼體12的交界面處，所述電路板8包括暴露于透明殼體11的一側面以及暴露于不透明殼體12的另一側面。所述照明裝置6及攝像裝置3設置于電路板8暴露于透明殼體11的一側面；所述射頻傳輸裝置5、磁鐵2、電源7、圖像處理裝置4設置于電路板8暴露于不透明殼體12的一側面。

所述攝像裝置3包括用于模擬人眼的兩個攝像單元30，該兩個攝像單元30固定于電路板8上并相互間隔，間隔距離在1厘米(cm)至2厘米(cm)之間。每個攝像單元30包括固定于電路板8上的圖像傳感器31以及固定于圖像傳感器31上的光學透鏡32。所述圖像傳感器31為用以拍攝被檢者體內圖像的CMOS等，光學透鏡32使得圖像能夠成像于圖像傳感器31的受光面。

所述照明裝置6通常設置為LED等發光二極管，用于發出對攝像裝置3的現場進行照明的可見光，例如白色光，可對攝像裝置3拍攝過程中起到照明作用。本實用新型中，所述照明裝置6采用3-7個LED，并均勻的分布在攝像裝置3的兩個攝像單元30的周圍，在本實施方式中，如圖2所示，所述照明裝置6采用7個，則攝像裝置3的兩個攝像單元30之間設有一個LED，任意一攝像單元30的周圈均勻分布有四個LED。

所述圖像處理裝置4為具有控制與處理功能的專用集成電路芯片ASIC，可實現對膠囊內窺鏡100拍攝圖像的控制。并且，所述圖像處理裝置4可處理攝像裝置3所拍攝的圖像，所述處理指對所拍攝的圖像進行格式上的處理，例如將圖像壓縮成JPEG或JPEG-LS等格式圖片。所述圖像處理裝置4也可確保攝像裝置3的兩個攝像單元30拍攝圖像的同步性。

磁鐵2主要由一個鐵氧磁體構成，可以產生一個比地磁場高的局部磁場，在本實施方式中，磁鐵2為一個磁偶極子。磁傳感器9通過采集膠囊內窺鏡100位置、姿態信息可確定膠囊內窺鏡100的空間位置，由外部永磁體控制內部磁體2從而實現對膠囊內窺鏡100的主動控制定位。并且，外部永磁體可控制磁鐵2的旋轉和移動，由于磁鐵2固定于殼體1內，因而外部永磁體可根據內部磁傳感器9采集到的位置、姿態信息相應的控制所述膠囊內窺鏡100的旋轉和移動。并且，所述磁傳感器9可實時探測/記錄所述膠囊內窺鏡100的位置、姿態信息，并將該位置、姿態信息發送給三維成像裝置。

所述三維成像裝置通常設置于一臺計算裝置(例如電腦)上，用于接收膠囊內窺鏡100所拍攝的圖像，并根據膠囊內窺鏡100拍攝的圖像對消化道進行三維建模。所述三維成像裝置包括：

攝像裝置校準模塊，用以在拍攝之前對攝像裝置3的鏡頭參數等進行校準，并根據校準后的鏡頭參數計算出攝像裝置3的兩個攝像單元30的相對位移和旋轉矩陣；

三維坐標計算模塊，用以將鏡頭參數、相對位移和旋轉矩陣作為參數，并根據接收到的膠囊內窺鏡100的位置、姿態信息以及攝像裝置3的兩個攝像單元30所拍攝的圖像，來計算出膠囊內窺鏡100所在消化道內壁的空間坐標信息，該空間坐標信息也被稱作為點云；

三維點云降噪模塊，用以對拍攝或計算過程中產生的誤差點云進行降噪處理；

三維點云融合模塊，用以將點云融合形成完整的消化道點云；

三維模型重建模塊，用以根據消化道點云對攝像裝置3所拍攝的圖像進行三維重建形成消化道的三維模型。

因此，所述膠囊內窺鏡系統的三維成像方法包括：

攝像裝置3拍攝被檢者體內消化道的圖像；

圖像處理裝置4對攝像裝置3所拍攝的圖像進行處理；

射頻傳輸裝置5將處理后的圖像傳送至三維成像裝置；

三維成像裝置對消化道進行三維建模；

將建立好的三維模型映射于顯示裝置上。

進一步的，所述膠囊內窺鏡系統的三維成像方法具體為：

S1：在拍攝之前，攝像裝置校準模塊校準攝像裝置3的鏡頭參數，并根據校準后的鏡頭參數計算出攝像裝置3的兩個攝像單元30的相對位移和旋轉矩陣；

S2：膠囊內窺鏡100進入消化道預設位置處以后，圖像處理裝置4控制兩個攝像裝置3同時拍攝，照明裝置6對消化道內壁進行照明，所述預設位置可以為胃部、腸道等位置；

S3：圖像處理裝置4對攝像裝置3所拍攝的圖像進行格式處理，例如壓縮處理成JPEG或JPEG-LS等格式；

S4：射頻傳輸裝置5將壓縮處理后的圖像傳輸給三維模型重建模塊；

S5：拍攝過程中，磁傳感器9采集膠囊內窺鏡100的位置、姿態信息，并將位置、姿態信息實時傳輸給三維坐標計算模塊；

S6：三維坐標計算模塊將鏡頭參數、相對位移、旋轉矩陣作為參數，根據接收到的膠囊內窺鏡100的位置、姿態信息以及攝像裝置3所拍攝的圖像，計算出膠囊內窺鏡100在消化道內壁的空間坐標信息，該計算產生的空間坐標信息被稱作點云；隨著外部永磁體500控制膠囊內窺鏡100位置的改變，形成一系列的點云；

S7：在拍攝圖像及計算誤差時會產生一些誤差，從而形成噪聲點云，則需要通過三維點云降噪模塊對這些噪聲點云進行降噪處理；

S8：拍攝結束后，三維點云融合模塊將上述一系列點云組合形成被檢者體內完整的消化道點云；

S9：三維模型重建模塊根據消化道點云對攝像裝置3所拍攝的圖像進行三維重建，形成完整的消化道的三維模型；

S10：將重建后的三維模型映射于顯示裝置上，即使用者可通過肉眼觀察被檢者體內消化道的三維模型。并且通過坐標變換，該三維模型還可以提供內視圖、展開視圖、剖面圖等三種或三種以上不同的視圖模式，從而可以用不同的視角來觀察消化道的三維模型。

其中，上述S4和S5步驟順序可顛倒，也可同時進行，但是，膠囊內窺鏡100位于一個位置時的位置、姿態信息必須與在該位置處拍攝形成的圖像一一對應。另外，上述S8和S9步驟可同時進行，即在融合一系列點云時，將格式處理后的圖像同步進行拼接，則消化道點云和消化道的三維模型同步完成。

本實用新型的膠囊內窺鏡100系統及其控制方法具有諸多優點，具體如下：

1.本實用新型中的膠囊內窺鏡100的殼體1包括透明殼體11和不透明殼體12，且相互配合，攝像裝置3的兩個攝像單元30均朝向所述透明殼體11設置；因而，攝像裝置3的拍攝視角更加的寬闊，且攝像裝置3的兩個攝像單元30之間間隔1-2cm，能更好的模擬人眼。

2.本實用新型中的膠囊內窺鏡100通過外部永磁體500對膠囊內窺鏡100進行定位和運動控制，則可以對膠囊內窺鏡100的位置進行主動控制，解決了現有膠囊內窺鏡100只依靠消化道的蠕動來運動的缺點。

3.通過三維成像裝置，對被檢者體內消化道進行三維立體建模，使用者可直接通過肉眼觀察，從而避免使用者需要借助頭盔、眼鏡等裝置才能觀察三維模型的不便；并且，可對三維模型進行操作，從不同的角度對三維模型進行觀察，從而極大的方便了醫護人員的診斷過程，使得診斷過程更加清晰、可控，對膠囊內窺鏡100領域具有很高的實用性及發展前景。

4.通過上述三維建模的方法，利用點云將攝像裝置3拍攝的圖像融合在一起，使得建立后的三維模型更加完整、立體。

應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本實用新型的保護范圍之內。