[发明专利]一种胶囊式内窥镜系统

摘要

本发明公开了一种胶囊式内窥镜系统，在传统胶囊内窥镜的光学透镜上添加了一个锥形镜，当患者吞服胶囊内窥镜本体，锥形镜和光学透镜配合使用，对病灶处进行成像，然后通过USB传感器将图像传输给PC机，PC机对图像进行拼接及三维重建，获得精度较高的三维图像，具有结构简单、易实现，且计算量小等特点，能够符合当前医学发展的应用。

主权项

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，所述的透明外壳用采用耐腐蚀医用高分子材料；所述的锥形镜和光学透镜配合使用时，以2帧/秒的速度对胃内壁进行清晰拍摄；所述的PC机利用三维重建软件对径向图像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；z=(x-x0)2-(y-y0)2]]>θ=tan-1(y-y0x-x0)]]>其中，(x,y)表示径向图像的像素点的坐标，(x0,y0)表示径向图像的圆心点的坐标，(θ,z)表示平面图像的像素点的坐标；(1.2)、对每幅平面图像进行基于Harris角点的特征点提取；对于平面图像上的像素点定义能量函数E(u,v)为E(u,v)=Σx‾,y‾w(x‾,y‾)[I(x‾+u,y‾+v)-I(x‾,y‾)]2]]>其中，u,v分别为和方向上的平移量；I为图像灰度函数；为窗口函数，δ为图像灰度函数的标准差；对于关于作泰勒展开，并去掉高阶项，可以将E(u,v)记作：E(u,v)=[u,v]·Muv]]>其中，为函数I对的二次偏导数，为函数I依次对和求偏导数；记λ1，λ2为M的两个特征值，那么在窗口平移时出现如下三种情况：(a)、在平坦区域，λ1，λ2均较小，在各个方向平移E(u,v)变化都不大；(b)、在边缘处，λ1＞＞λ2或者λ1＜＜λ2；(c)、角点位置λ1，λ2的值都比较大，在任何方向平移E(u,v)都会增加；根据上述三种情况，定义角点的相关函数：其中，det(M)＝λ1λ2，trace(M)＝λ1+λ2，K为常数；计算Harris角点时，当取局部极大值且大于给定阈值时的位置就是角点，即该幅平面图上提取的特征点；(1.3)、将提取出来的特征点采用相似性度量进行特征点匹配采用相似性度量法对相邻两幅平面图中的特征点进行匹配，再利用图像拼接软件将匹配好的图像进行图像拼接；相似性度量算法：R(x‾,y‾)=Σm=1MΣn=1N[Pix‾,y‾(m,n)-μpi][Pi-1x‾,y‾(m,n)-μPi-1]Σm=1MΣn=1N[Pix‾,y‾(m,n)-μpi]2Σm=1MΣn=1N[Pi-1x‾,y‾(m,n)-μPi-1]2]]>其中，Pi、Pi‑1表示相邻两幅平面图，m×n是图像像素大小，是相邻两幅平面图进行匹配的像素点，分别表示相邻两幅平面图的像素均值；表示相邻两幅平面图进行匹配的像素点的相似度，的绝对值越大，则表明的相关度越高，即两个点越匹配；(1.4)、设目标特征点的坐标为P(r1,θ1,z1)，s1为目标经透镜所成像与透镜之间的距离；z1和z2分别为t1和t2时刻目标经锥形镜所成像的高度；H1和H2分别为t1和t2时刻目标经透镜所成像的高度；d为透镜与锥形镜之间的距离；L为t1到t2时刻胶囊内窥镜向前移动的距离，且z2＝z1‑L；r1为特征点的深度信息；θ1为平面图像上的特征点的横坐标；根据锥形镜成像原理，利用相似三角形求出匹配特征点的三维坐标，三维重建软件根据所求特征点的三维坐标对图像进行三维重建；s1r1+d=H1z1=H2z2]]>r1=s1LH2-H1-d,z1=H1LH2-H1.]]>