CN100354889C - 用于体腔的三维显示的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于体内装置(101)定位和获得体(102)腔的三维显示图像(103)的方法和系统，包括获得多个体内图像；产生对应于每个体内图像的位置信息；以及根据位置信息将多个体内图像组合成单个图像(103)。

Description

用于体腔的三维显示的系统和方法
技术领域
本发明涉及内腔检测领域。更具体地，本发明涉及一种用于实时的位置和方位监视并且产生体腔图像的系统和方法。
背景技术
内腔成像大大地提高了执业医生以最小程度的进入而安全和轻松地观察体内特征的能力。
当可以显示整个内腔的图像(优选三维图像)并且根据体内成像装置的已知位置可以容易地定位腔内的内部特征和事件时，就可以最有效地观察体腔，特别是大的内腔。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种体内成像系统，包括：一个成像装置，用于当所述成像装置在体腔内移动时，通过周期地成像腔壁的不同、不一定是连续的部分而获得随时间产生的具有所述腔壁的所述体腔的多个体内图像；以及至少一个位置监视器，设置在所述成像装置中；接收单元，用于当获得各体内图像时，接收对应于所述多个体内图像的各体内图像的位置信息；及处理单元，用于根据当获得各体内图像时，对应于所述多个体内图像的各个体内图像的所述成像装置的位置和方位，将所述多个体内图像组合成一单个图像。
较佳地，各体内图像是一镶嵌图像。
较佳地，所述位置监视器包括三个配置成用于接收由外部源发送的电磁信号的元件。
较佳地，所述外部源包括多个发送器，所述发送器处于外部参考结构中的固定位置。
较佳地，所述成像装置包括可吞咽的胶囊。
较佳地，所述成像装置包括图像传感器。
较佳地，所述图像传感器是CCD或CMOS图像传感器。
根据本发明的一个实施例的系统，包括体内检测装置，比如成像装置，其包括至少一个位置监视器，用于产生该自控(autonomous)体内装置在任何给定时间的位置信息，最好是三维位置信息；一个接收单元，用于从位置监视器接收位置信息并且可选地用于从检测装置中接收体内数据；以及一个处理单元，用于计算体内装置在任何给定时间的位置和/或方位。
根据另一个实施例本发明提供了一种用于获得体内图像三维显示的系统和方法。而且，根据一个实施例，使用根据本发明的一个实施例的系统和方法，一般通过使用“实时映射”和图像镶嵌(mosaic)构造技术，可以显示体腔的全景图。
附图说明
从下述结合附图所做的详细说明中将会更全面地理解和认识本发明，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的系统的示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的成像装置的示意图；以及
图3是显示根据本发明的一个实施例的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
在下述说明中，将会描述本发明的各个方面。为了说明的目的，提出了具体的结构和细节以全面理解本发明。可是，对于本领域的普通技术人员来说，显然，在没有这里所呈现的具体细节的情况下可以实现本发明。此外，将会省略或简化公知的特征以便不使本发明含糊不清。
根据一个实施例，本发明在体内成像系统中组合定位方法和成像处理方法，用来获得三维体内图像，尤其是，例如用来获得较大的体腔比如胃或大肠的图像。
根据本发明的一个实施例的系统，包括成像装置，用来获得多个内腔图像，根据实施例，该成像设备包括至少一个用于产生对应于每个内腔图像的位置信息比如三维位置信息的位置监视器；一个接收单元，用来从位置监视器接收位置信息并且可选地用于从成像装置接收图像数据；以及一个处理单元，用来计算对应于每个内腔图像的成像装置的位置和/或方位，并且在获得每个内腔图像时用来根据图像装置的位置和/或方位将多个内腔图像组合成单个图像，该图像可选是一个镶嵌图像。通过例如无线或有线连接，位置信息和/或图像数据可以被传送到接收单元。
单个组合的图像一般是一种三维图像。因此，多个图像(每个是体腔的一个不同部分)可以被组合成例如整个体腔的单个图像，优选为三维图像。
根据一个实施例，成像装置可以包括用来接收指令并且根据接收的指令移动或定位成像装置的单元。根据一个实施例，可以通过外部操作人员发出这些指令。根据另一个实施例，可以根据处理单元接收和处理的位置信息由处理单元自动产生这些指令。
根据本发明的特定实施例，一个系统包括一个自控体内装置，可选为体内检测装置，比如图像传感器，pH计，压力检测器，温度计等，其包括至少一种位置监视器，用来在任何给定时间产生该自控体内装置的位置信息，优选为三维位置信息；一个接收单元，用来从位置监视器接收位置信息，并且可选地用来从检测装置接收体内数据；以及一个处理单元，用来计算在任何给定时间的该体内装置的位置和/或方位。通过例如无线方式或有线连接，位置信息和/或体内数据可以被传送到接收单元。该自控体内装置可以是一个能够检测GI环境和/或能够完成体内过程的可咽胶囊。
根据本发明的一个实施例的方法包括以下步骤：从成像装置中获得多个内腔图像；产生对应于每个内腔图像的成像装置的位置信息，优选为三维位置信息；接收位置信息；计算对应于每个内腔图像的成像装置的位置和/或方位；以及当获得每个内腔图像时根据成像装置的位置和/或方位将多个内腔图像组合成单个图像。本方法可以包括进一步的步骤：优选根据获得的图像和/或位置信息控制成像装置的移动或位置。根据本发明的另一个实施例，本方法包括将自控体内装置插入体腔的步骤；产生任何给定时间时的体内装置的位置信息，优选为三维位置信息；接收位置信息；计算任何给定时间时的体内装置的位置和/或方位。本方法可以包括进一步的步骤：优选根据位置信息控制体内装置的移动或位置。
参照图1，其中根据本发明的一个实施例的系统包括，例如，体内成像装置101，接收和处理单元102以及显示器103。在图1所示的实施例中，成像装置101一般是插入患者110体中用来成像或者可能检测体腔(比如胃肠道，血管，生殖道或任何其它合适体腔)的内诊镜或导管的一部分。成像装置101一般包括图像传感器(比如CCD或CMOS图像传感器)(未示出)、用来照射体内位置的照明源(未示出)以及用来发送图像数据给接收和处理单元102的发送器(未示出)。数据可以通过无线或有线连接发送。成像装置还可以进一步包括体内传感器(比如pH计，温度传感器，压力传感器等)，用来检测内腔环境。检测到的体腔状态可以被(无线或非无线地)传送到接收和处理单元102。可以在本发明的实施例中使用的体内检测系统的例子在授予Iddan的美国专利号5604531和授予Glukhovsky的在2001年9月13日公开的国际申请公开号WO0165995上有介绍，这两个专利转让给本发明的受让人，并且在此通过参考而引入。上述描述的系统可以是电池驱动并且是可以无线的，或者与在患者110的身体外部的电源和/或光源连接。
根据一个实施例，成像装置101还包括位置监视器(未示出)，用来指示体腔中的成像装置101的位置和方位。一般，包括在成像装置101中的位置监视器包括至少三个接收器或收发器以及一个用来区分被不同收发器接收的信号的检测装置。
包括在成像装置101中的收发器或其它位置监视器一般是位置监视系统的一部分，该位置监视系统还包括外部参考结构(frame)。外部参考结构一般包括在参考结构的已知位置上的发送器(比如电磁或声波发送器)，用来传送被包含在成像装置101中的位置监视器中的收发器接收的信号。外部参考结构可以是接收和处理单元102的一部分，其一般位于接近患者110的位置。根据本发明的实施例，接收和处理单元102还包括用来接收来自成像装置101中的图像传感器和/或其它体内传感器的图像数据的接收系统，以及可选地用来接收来自收发器的信号的接收器。来自收发器的信号可以被传送到接收和处理单元102用来计算位置信息，或位置监视器(在成像装置101中)可以包括处理装置，用于由被收发器接收的信号来计算位置信息。位置信息一般包括6个自由度，提供成像装置的定位和运动的信息。在本领域中任何合适的位置监视系统可以在本发明的实施例中使用。在授予Wittkampf的美国专利5697377，授予Smith的美国专利5515853和授予Gilboa的美国专利6188355中描述了可以被容易地调整来在本发明的实施例中应用的位置监视系统的例子。在此将这些美国专利引入作为参考。可适用于本发明的实施例中的计算方法的例子在授予Gilboa的WO01/06917和授予Blecher等的WO00/10456中有所描述。在此将这两项公开专利引入作为参考。可以看到计算将在合适的计算或处理装置上进行。
根据一个实施例，接收和处理单元102还包括图像处理模块，用来将由成像装置101获得和传送的多个非连续性的内腔图像组合成基本上整个体腔的单个三维图像。任何合适的图像处理程序可以在本发明的实施例中使用，比如计算重叠图像对之间的局部运动估计值，重合配准(registration)，“间隙闭合”(gap closing)，图像的重叠部分的确认或卷绕(warping)输入图像以及重叠图像的对准，从而构造镶嵌图像，如本领域中公知的那样。图像可以被分为多个片，并且一些最优化处理的计算可以在每片的基础上进行或者可以为每个像素完成计算和最优处理。已知图像镶嵌构造过程可以被调整来在本发明的实施例中使用。如同本领域中公知的一样，接收和处理单元102还包括发送模式，用来发送指令给控制成像装置101位置的位置监视装置。
可以如本领域中公知方式一样来控制体内装置。例如，成像装置的多个部分可以由形状记忆材料制成，而该装置的加热部分(例如在这些部分附近的导体元件上通过电流)，可以可控地移动该装置。此外，该装置可以包括磁铁，反之可以如同本领域所公知的那样施加外部磁场来控制该装置。
根据一个实施例，组合了的图像和/或其它任何信息，比如位置信息或与内腔环境相关的信息，在显示器103上显示，该显示器可以是接收和处理单元102的一部分(比如计算机显示器或视频显示器)或独立LCD或任何其它合适的显示器。
图2示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的成像装置。成像装置20(例如，可吸收胶囊)是比如在上述提到的美国专利号5604531和国际申请公开WO0165995中描述的装置。成像装置20包括照明单元23，一般包括多个照明源比如白色LED 23A和23B；光学传感器24，用来发送图像传感器24的图像信号的发送器26；位置监视器27和电源25(比如氧化银电池)，该电池给成像装置20的整体电子元件提供能量。装置20可以包括其它结构和其它元件。
成像装置20一般是胶囊状，可以容易地吞咽并且被动地通过整个胃肠道。在通过胃肠道的管状部分比如小肠时，可以通过自然蠕动将成像装置20向前推进，并且被管壁限制到一个固定方位。随着成像装置20通过小肠，它可以周期地对管壁成像。可是，当成像装置20到达比如胃或大肠之类的腔时，它不再受体壁限制，并且可以转动和翻滚地通过腔体，周期性地对不同的腔壁成像，但不一定是对连续的腔壁成像。每次内腔被成像时，成像装置20的方位特别是的图像传感器24的方位可以通过位置监视器27确定。根据本发明的一个实施例，位置监视器27包括三个接收从外部源发送的电磁信号的电极或线圈或收发机27A-C。外部源一般包括在外部参考结构的固定位置上的三个电磁发送器，其发送三种不同的电磁射线(比如频率不同)。电极27A-C在多个时间接收对应于电磁射线的信号，每个信号包括至少三种射线中的一种成分。电极27A-C形成包括来自三个发送器的被每个电极接收的信号分量的功能(function)。如上述美国专利6188355中进一步描述的一样，从函数中可推导出成像装置20的位置和方位。
其它位置监视器可以在本发明的实施例中使用，比如包括超声收发器的监视器，或包括例如用来接收和发送相对于外部恒定磁场的位置信号的三个磁线圈的监视器。例如，可以使用Weitschies等发表的论文中(Weitschies et al(2001)European Journal of PharmaceuticalSciences 13，411-416)介绍的磁性标记监视技术，该文章在此引入作为参考。
根据一个实施例，如上所述，将从位置监视器27接收的位置信息用于在由处于胃或大肠中的成像装置20得到的图像处理中。该成像装置20还包括用来使位置监视器27的操作与胃或大肠中的成像装置20的移动同步的控制器。而且，控制器还应用合适的算法，用来分配特定图像给成像装置20的特定位置和/或方位。
图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的一种用来获得体腔的三维显示图像的方法。根据一个实施例的该方法包括步骤：从成像装置(301)中获得多个内腔图像；产生对应于每个内腔图像的成像装置的位置信息(302)；接收位置信息(303)；计算对应于每个内腔图像的成像装置的位置和/或方位(304)；以及当获得每个内腔图像时，根据成像装置的位置和/或方位，将多个内腔图像组合成单个图像(305)。
也可以使用其它步骤或一系列的步骤。
如上所述，通过成像装置获得内腔图像，该成像装置发送信息给位置监视器。位置监视器产生位置信息，其被传送给接收和处理单元。例如通过使用如上所述的在本领域中公知的图像镶嵌技术计算成像装置的位置和/或方位，并且计算出的位置被用来将多个图像正确地拼接和组合为体腔的单个图像。
根据另一个实施例，该方法可以包括进一步的步骤：优选地根据获得的图像和/或位置信息来控制成像装置的运动或位置(如上所述)。
对本领域中普通技术人员来说，很明显本发明并不受上述具体的图示和描述的限制。而本发明的范围由下面的权利要求书确定。

Claims (7)

1、一种体内成像系统，包括：
一个成像装置，用于当所述成像装置在体腔内移动时，通过周期地成像腔壁的不同、不一定是连续的部分而获得随时间产生的具有所述腔壁的所述体腔的多个体内图像；
至少一个位置监视器，设置在所述成像装置中；
接收单元，用于当获得各体内图像时，接收对应于所述多个体内图像的各体内图像的位置信息；及
处理单元，用于根据当获得各体内图像时，对应于所述多个体内图像的各个体内图像的所述成像装置的位置和方位，将所述多个体内图像组合成一单个图像。
2、根据权利要求1的系统，其中各体内图像是一镶嵌图像。
3、根据权利要求1的系统，其中所述位置监视器包括三个配置成用于接收由外部源发送的电磁信号的元件。
4、根据权利要求3的系统，其中所述外部源包括处于外部参考结构中的固定位置的发送器。
5、根据权利要求1的系统，其中所述成像装置是可吞咽的胶囊。
6、根据权利要求5的系统，其中所述成像装置包括图像传感器。
7、根据权利要求6的系统，其中所述图像传感器是CCD或CMOS图像传感器。
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