[发明专利]基于图像识别技术的可调节拍摄速率的无线胶囊内窥镜系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过现有的图像识别技术侦测疑似病变区域，并调节拍摄速率的无线胶囊内窥镜系统及方法。

背景技术

人类使用内窥镜来侦测体内器官的历史可追溯到19世纪，1806年德国科学家Philipp Bozzini首次发明了使用烛光侦测人体膀胱和肠道的内窥镜雏形。此后，不同种类的内窥镜(如胃镜，用以侦测胃部病变；结肠镜，用以检测肠道病变)被不断地发展与改进，用以帮助医生对病人进行活体消化系统的病症检测。

在过去的十多年中，内窥镜相关的科学技术得到了迅速的发展，特别是一种能用于弥补并提升胃镜和结肠镜的医学辅助设备——无线胶囊内窥镜的诞生，使同时检测胃部及肠道病症变成了可能。不同于传统内窥镜的使用方法，在应用胶囊内窥镜时，医生无需将带软管的内镜塞入病人体内。患者进行诊察时可保持正常活动和生活。由于胶囊内窥镜可供人吞服，其具有较小的体积，因此很大程度降低了传统内窥镜(带软质管道的)给病人带来的痛苦；而且方便卫生，得到了医学界的认可。同时，胃镜及结肠镜等传统内窥镜因软管长度及可弯曲度的限制导致其可深入人体观测的范围有限，而无线胶囊内窥镜的应用为观测人体小肠段的病变提供了可能性。

无线胶囊内窥镜是一种胶囊外形的小型电子医疗设备，内置提供光源的LED、用于捕捉图像的成像系统、多种传感器、用于提供各模块的电源的电池、发射模块和天线(传输和处理信号)等元件。目前已被应用的无线胶囊内窥镜，如由Olympus医药公司研发的M2A型胶囊内镜(尺寸为11mm×27mm)，在被人体吞入后，可连续工作7～8小时，其间，会以每秒两帧的速率对消化系统进行拍照，最终获取约50,000张彩色图片。胶囊外壳是由特殊生物材料密封，可抵抗胃酸和强大的消化酶。被病人吞咽后，胶囊内镜可由消化道蠕动或定位控制系统的牵引慢慢的推进或在病兆部位停留，为长达5-7米的小肠全段提供有效的检查手段。

然而，目前胶囊可获取的图像质量有限，使得传统的胶囊图像拍摄和处理方式并未达到最理想的效果，存在误诊的可能性。且由于胶囊的移动依赖于消化器官的蠕动，其即时运动速率由于不同器官环境的差异和不同个体间消化能力的差异等各不相同，使得基于现有的图像处理方法和图像拍摄速率的胶囊系统的确诊率并不完美，即当胶囊运动速率较快时存在一定的漏诊可能。2011年2月，《中国内镜杂志》发表的《胶囊内镜、双气囊内镜单独与联合运用对小肠疾病诊断效力的卫生经济学评》中指出单独使用无线胶囊内窥镜的诊断成功率为81.73％，只有在同双气囊内镜(仍为放置于长管道内的传统内视镜)同时使用时才能使确诊率达到90.56％。

应用更智能的图像处理方法是改善确诊率的好方法。Given Imaging Ltd.曾于2007年4月发布了一篇关于在无线胶囊内窥镜中使用将所拍摄的图像与已有的数据库图像特征匹配的技术和方法的编号为JP2007105458的专利(同时发表为编号为EP1770570和AU2006220372的专利)。这种技术通过将无线胶囊内窥镜拍摄到的图片传输至体外装置并将这些照片与体外处理系统中数据库内的病变特征图像进行对比与匹配，再显示出与数据库中病症特征吻合的拍摄结果。由此增加了系统对疑似病变区域的敏感度，方便医生的检测，且缩短了检测时间。然而，此种方法依旧有因胶囊在病变区域移动速度较快致使在不改变拍照速率的情况下拍摄照片数量有限的情况，由此仍存在较大的漏检可能性。

提供更多的图像数据亦是提高检测成功率的最有效的办法。但胶囊自身储能有限，如何在无需大幅增加胶囊的能耗的情况下，有效地且有针对性的调节图像拍摄速率成为了决定胶囊效率的重要因素之一。2010年3月公布的编号为CN101674769的中国专利曾提出依据内窥镜胶囊所处不同器官时的胶囊移动速率各不相同的特点，推测胶囊移动到不同器官内所需的时间，再由计时器确定吞咽胶囊后经过的时长，经由内置芯片控制在达到特定预置时间后调节胶囊的拍照速率。这种方法避免了在某些消化器官内因胶囊移动过快(如空间较大的胃部，胶囊可能垂直掉落)而导致的拍摄照片量有限从而不便诊断病情的可能性。但此种方法并未基于疑似病变区域而有针对性的改变拍摄速率，即有效的病变区域的照片量与普通区域的照片量无异，无意义的信息占总信息量的比例较大，为后期图像处理和筛选增加了负担，也不便于医生的观察和诊断。