CN101902961A

CN101902961A - 用于估算体腔内物体大小的装置、系统及方法

Info

Publication number: CN101902961A
Application number: CN2008801198807A
Authority: CN
Inventors: 哈盖·克努皮尼克; 阿米特·帕斯卡; 诺姆·麦得林格; 拉斐尔·拉宾诺维茨
Original assignee: Given Imaging Ltd
Current assignee: Given Imaging Ltd
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: WO2009050708A2; KR20100094976A; KR101532395B1; WO2009050708A3; US7995798B2; CN101902961B; US20090097725A1

Abstract

一种用于捕捉体内图像，允许图像中物体的大小和距离估算的装置及方法。根据本发明的一个实施方式，提供了在体内装置中、至少一个成像器、用于给成像器提供照明的照射光源、在体腔中发射例如光束或激光束的辐射源、以及基于图像照明参数值计算体腔内物体的大小的估算的处理器。

Description

用于估算体腔内物体大小的装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种体内(in-vivo)装置及方法，例如用于体内管腔的成像；本发明尤其涉及一种在体内系统中估算体内物体大小的方法及装置。

背景技术

已知的装置有助于提供体内传感，例如成像或pH传感。自主式体内传感装置，例如可口服或可消化的胶囊或者其他装置，可以穿过体腔移动，并随着移动进行传感。自主式体内传感装置例如成像装置可以包括例如，用于从诸如胃肠(GI)道的体腔或管腔内部获得图像的成像器。例如，成像器可以和光学系统连接，或者有选择性地与发射器及天线连接。这些设备有的采用无线连接来传送图像数据。

存在用于估算在体腔内成像的物体的大小的不同方法，例如，Horn等人的PCT公布文本WO2007/074462描述的，其属于一种用于确定在体腔中的物体大小的方法。Horn等人教导了基于例如体腔内的辐射源发射的激光束的计算体腔内物体大小的方法。激光束在图像上生成光斑，如果光斑位于图像中的目标物体上或位于图像中的目标物体附近，就可以计算或估算到物体的距离和物体的大小。但是，在光斑不在目标物体附近的情况下，尺寸的计算可能不准确。

发明内容

本发明介绍了一种用于确定体腔内物体大小的方法。根据一些实施方式，本方法可以用于补充本领域中的已知方法。

本发明装置及方法的一个实施方式可使体内图像里所见物体的大小的估算或确定称为可能，该体内图像来自于体腔或内腔(例如胃肠(GI)道)之中。根据本发明的一个实施方式，根据一定运算法则，对图像进行计算，从而把图像中的物体的真实大小(或者距图像或距胶囊的距离)的估算显示到观测器上。

根据本发明的一个实施方式可提供，在体内成像装置中，至少一个成像器、一个或更多个用于给成像器提供照明的照射源、一个或更多个在体腔内发射例如准直光束或激光束的辐射源、以及基于一个或更多个图像照明参数计算例如计算体腔内物体的大小或物体距体内成像装置的距离的处理器。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种控制器以有选择性地激活辐射源。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种体内装置，包括在体腔内产生光束的辐射源、照射体腔的照射源、对体腔成像的成像器、以及处理器。处理器可以接收体腔的图像，该图像包括光束光斑和物体，处理器也可以从图像选定与光束光斑相关的第一像素。处理器可以进一步从图像选定与物体相关的第二像素。处理器可以进一步对选定的像素计算图像照明参数值，并基于图像照明参数值估算体内成像装置与物体之间的距离。

根据本发明的一个实施方式的方法，可以包括以下步骤：发射光，例如从体内成像装置的光学圆盖的后面有选择性的发射激光束；从成像装置接收体内图像(图像包括光束光斑)；估算从光束光斑到成像装置的距离；从图像选定与光束光斑相关的像素；从图像选定与指定物体相关的像素；计算像素的图像照明参数值；以及基于图像照明参数值估算物体距成像装置的距离。

根据本发明的一个实施方式的方法，可以包括以下步骤：校准装置参数，并使用校准的参数细化估算的物体距成像装置的距离。根据本发明的一个实施方式的方法，可以包括以下步骤：计算描述图像中物体的像素的数量，并计算物体的估算大小。

根据本发明的一个实施方式的方法，可以包括以下步骤：建立物体模型图，例如三维模型图，并把模型图呈现给使用者。

附图说明

通过下面结合附图的详细说明将更充分地理解和领会本发明。

图1为示出了根据本发明的一个实施方式的体内成像系统的示意图；

图2A为示出了根据本发明的一个实施方式的体内成像装置的示意图；

图2B示出了根据本发明的一个实施方式的体内成像装置捕捉的一组图像；

图2C示出了一个曲线图示例，示出照明参数作为病态物体距体内成像装置的距离的函数；

图3A为示出了根据本发明的一个实施方式的辐射源单元的侧视图；

图3B为示出了根据本发明的一个实施方式的阻断元件的俯视图；

图4为示出了根据本发明的一个实施方式的方法的流程图；

图5A示出了在体内成像装置捕捉的图像中显示的病变的示例；

图5B示出了映射的病变并呈现给使用者的示例；

图5C示出了在病变上添加平面参照尺(surface reference ruler)并呈现给使用者的示例；

图5D示出了在病变上添加栅格并呈现给使用者的示例；

图5E示出了在病变上添加直径参照尺(diameter reference ruler)并呈现给使用者的示例；

图5F示出了在病变上添加测量参照尺(measurement referenceruler)并呈现给使用者的示例。

为了能够简单、清楚地说明，附图中的元件不一定按照比例绘制。例如，为了表达清楚，相对于其它元件，一些元件的尺寸被夸大了。另外，只要认为适当，在附图中相同的附图标号被重复使用，以表示相应的或相似的元件。

具体实施方式

在以下描述中，将描述本发明的不同方面。为说明目的，阐明了特定的结构和细节以提供本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说没有在此描述的特定的细节也可实施本发明是明显的。此外，为了不使本发明模糊，省略或简化了已知的技术特征。

本发明系统和方法的实施方式可以配合成像系统或装置使用，例如Iddan等人的名称为“用于体内成像的装置和系统”(A DEVICEAND SYSTEM FOR IN VIVO IMAGING)的第7,009,634号美国专利描述的实施方式，其公开内容并入于此。但是，依照本发明的装置、系统和方法可与任何合适的提供体腔或内腔的图像及其它数据的装置、系统和方法一起使用。可以使用各种合适的确定大小和距离、或估算体内物体距体内成像装置的距离的方法，例如Horn等人的名称为“估算体腔内物体大小的系统装置和方法”(SYSTEM DEVICE ANDMETHOD FOR ESTIMATING THE SIZE OF AN OBJECT IN A BODYLUMEN)的第2007/074462A2号PCT公布文本所描述的方法，其公开内容并入于此。

参考图1，该图示出了根据本发明的一个实施方式的体内成像系统100的示意图。体内成像系统100可以包括例如体内成像装置40。体内装置40可以是例如可口服胶囊，用于捕捉图像和其它可能的数据。体内装置40可以是胶囊形状，包括例如观察窗口或圆盖54；也可以是其它形状，装置不必是可口服的或胶囊。通常，装置40可以包括光学系统10，该光学系统10包括例如一个或更多个透镜49、透镜支架、挡板、或隔离物44、用于捕捉图像的例如成像器47的传感器、以及处理成像器47产生的信号的处理芯片或电路。处理电路不必是分离的元件；例如，处理器或处理芯片可以集成于成像器47。处理电路可以被分为几个不同的单元或分离的元件。照射源42可以提供光来照射物体，例如一组发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或其它合适的光源。

装置的实施方式通常是自主式的并且是自足的。例如，装置可以是胶囊或其它单元，其中，所有元件基本都包含在容器或壳体里，且装置不需要任何电线或电缆，例如接收电能或传送信息。装置可与外部接收和显示系统通信从而提供数据显示、控制或其它功能。例如，内部电池或无线接收系统可以提供电能。其它实施方式可以具有其它结构和功能。例如，元件可以分布于多个地点或单元。可以从外部源接收控制信息。

根据本发明的一个实施方式，装置40通常可以包括用于发射和/或接收图像及其它信息(例如非图像信息)到接收装置的发射器/接收器43，也可包括其它元件。发射器/接收器43可以是带有高频带宽度输入的超低功耗射频(RF)发射器，可由芯片尺寸封装技术提供，也可以与处理芯片或电路组合。发射器/接收器43可以通过例如天线48进行发射和/或接收。虽然采用了独立的控制单元，但是发射器/接收器43也可作为控制器且包括用于控制体装置40的电子线路和功能。通常，装置可以包括电源45，例如一个或更多个电池。例如，电源45可以包括氧化银电池、锂电池、或其它具有高能量密度的电化电池及其类似物。也可采用其它电源。

可以采用其它元件和成组的元件。例如，电源能够从传送电能至装置40的外部电源接收电能，可以使用与发射器/接收器43分离的控制器。

在一个实施方式中，成像器47可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)成像摄像机。通常CMOS成像器是超低功耗的成像器，其设置在芯片尺寸封装(CSP)中。也可采用其它类型的CMOS成像器。在另一个实施方式中，可采用其它成像器，例如CCD成像器或其它成像器。根据另一个实施方式，可以使用320×320像素的成像器。像素大小在5到6微米之间。根据一些实施方式，每个像素装配有微透镜。

成像器47可以和基板固定，或除此之外和基板连接，例如电路板64或直接设置在基板56上。在其它实施方式中，电路板64可以进一步与基板56连接，其可以支持例如照射源42(可由其自身的基板或电路板支持，可由基板56支持或与基板56集成)，并可以确定装置40的观察方向60。基板56可以是例如刚性电路板、刚柔一体化电路板、或柔性电路板。在其它实施方式中，照射源可以位于不同平面，而不是位于例如成像器47上。

优选地，接收器12设置在病人身体外的一个或更多个位置，在装置40的外部，优选地，接收器12包括用于接收图像和来自于装置40的其它可能数据的天线或天线阵列15、用于储存图像和其它数据的接收器存储单元16、数据处理器14、数据处理器存储单元19、和图像监视器18，图像监视器18用于显示尤其装置40传送并由接收器12记录的图像。通常，接收器12和接收器存储单元16体积小且便于携带，在图像的记录过程中病人可以穿在身上。优选地，数据处理器14、数据处理器存储单元19和监视器18是个人计算机或工作站的一部分，其可以包括元件，例如处理器或控制器21、存储器(例如存储单元19或其它存储器)、磁盘驱动器和输入输出装置，也可以采用不同的结构。在可替代的实施方式中，数据接收和存储元件可采用其它结构。此外，也可以包括用于压缩数据的数据压缩模块。

根据本发明的一些实施方式，装置例如装置40可以包括距离参数测量单元，该距离参数测量单元可以包括辐射输出单元或源，例如专用的准直辐射源11。在一些实施方式中，辐射源11可用于例如测量和/或使体内物体的大小和/或体内物体距体内装置例如装置40的距离的确定成为可能。辐射源可以设置在装置体的外部，例如设置在附加体单元内。也可采用其它元件或成组的元件。

辐射源11可以集成在装置40内部，通常在装置40的至少一侧，但是也可以选择性的在其它位置。辐射源11可以周期性地或连续地发射光束或结构化的光束，或照射，例如点、光斑或沿体腔的网格，这些可以通过例如成像器47来成像。辐射源11可以发射射线，例如单色光、激光辐射线或白光。辐射源发射的射线的波长必须在成像器的光谱灵敏度范围内。辐射源11可以包括例如激光二极管、普通透镜和/或微型透镜，可以与二极管/探测器连接，以使生成和/或接收逐点或结构化的照射成为可能。辐射源11可以包括激光二极管例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。在一些实施方式中，辐射源11可以包括其它类型的合适的光源，例如发光二极管。在一些实施方式中，可以采用一个或更多个辐射源11，设置在面上和/或其它位置，例如集成在体内装置40的壳体的内边界上。在一些实施方式中，采用一个辐射源11。在一些实施方式中，由辐射源发射的一束光可以被分为几束光，例如通过光束分离单元。衍射光学元件、光束成形单元或其它光学元件能够使分离光束或生成结构化的照射光斑或标示成为可能。

在优选的实施方式中，可以在胶囊上设置一个或更多个辐射源11并尽可能远离成像器47的中心。辐射源11可以设置在基板56上沿着例如照射源42。根据一些实施方式，辐射源11可以设置在基板56的上部，提升例如高于照射源42的平面，更靠近圆盖54，例如通过增加支持性元件或间隔元件(未示出)。

根据一些实施方式，由辐射源11产生并从体腔反射的光斑具有相比照射源单元(或多个单元)42发射的光更高的强度。辐射源传送的表示照射或光束光斑的图像数据可被发射器/接收器43传送到处理器或控制器单元，例如数据处理器14。可替代的，可以把处理器或控制器单元设置在装置40内，例如设置在发射器/接收器43或成像器47内。该数据可以包括例如物体215的图像数据、图像的记录时间、以及任何其它相关数据，例如强度、色调和/或颜色。例如，时间可来自于体内装置40的主时钟，该主时钟可以集成于例如特定用途集成电路(ASIC)内，作为发射器43、接收单元12、或体内成像系统100的其它元件的一部分。在其它实施方式中，不需要传送或记录时间。数据可由接收单元12接收，或直接传送到数据处理器14。除图像帧外，可设置首部(header)，该首部可以包括各种遥测数据，例如温度、pH值、压力等等。

在一些实施方式中，可在胶囊中设置激活控制器46，可以在口服胶囊之前或之后编程。激活控制器46可以是分离的元件，也可以集成于例如ASIC作为发射器43、接收单元12、成像器47，或者在体内成像装置40或附加体单元中的任何其它元件的一部分。在一些实施方式中，辐射源11可被激活，例如与照射源42共同作用。在一些情况下，每次激活一个或更多个照射源42，同时激活辐射源11，因此，成像器47获得体腔区域的图像，该体腔区域被一个或更多个照射源42和辐射源11照射。

在一些实施方式中，可以采用替代的方式来激活辐射源11，例如在成像器的一帧打开然后在下一帧关闭。该替代模式有利于最小化电能消耗和/或最小化算法复杂性。例如，没有光斑的图像可用来向使用者呈现畅通无阻的体内图像。在一些实施方式中，可用替代的方式激活或有选择性地激活一个或更多个照射源42。例如，在一帧中可以只激活一个照射源42，在下一帧，可以只激活辐射源11。根据一些实施方式，装置内的成像器可以捕捉两个连续的图像帧，一个带有光束光斑而另一个不带有光束光斑。为了在连续帧里捕捉相同的景象，捕捉这两个连续的图像所需的时间非常短，例如是1秒钟的0.001，在这个时间段里，可允许最少时间的体内成像装置的运动。在这种方式下，两个连续帧的每组可用于获得体内物体的距离和大小信息，不用把图像中的光束光斑呈现给使用者。可使用其它方式来有选择性地激活和/或代替辐射源11的激活和/或照射源42。

现参考图2A，根据本发明的一个实施方式的体内成像装置240的二维示意图。参考图2A，光学系统通常引用为210，该光学系统可以包括在例如图1所示的装置40中，但是也可以包括在其它合适的元件中。光学系统210可以包括例如照射源242、成像器247、以及一个或更多个设置在观察圆盖254后面用于观察例如目标或物体215的透镜249。光学系统210可以包括一个或更多个辐射源211，例如准直光源或激光源，用于测量例如物体215距体内装置240的距离(例如从圆盖254)和/或物体215的大小。可以设置一个或更多个照射源242以及一个或更多个辐射源211，例如垂直轴A横穿照射源242和辐射源211。

根据本发明的一些实施方式，在一个实施方式中，圆盖254可以是凸的或基本上是凸的且光滑，并从主体和/或装置240的外壳262沿“向前”(和/或观察)方向260向外投射，但请注意“向前”是相对而言的，如在一些实施方式中，在其穿过体腔时使用装置240的成像部分可以引导或跟随体内成像装置240的余下部分。通常，圆盖254提供光学元件的例如视场255(FOV)，光学元件例如体内装置240的成像器247和透镜249。例如，根据环境，装置240可以穿过体腔，这样成像器247、照射光源242和辐射光源211可以基本上朝向上游和/或下游的方向，可以设计装置240为使得有两个可能的移动方向，两个方向都基本平行于装置240的L轴。移动的方向不必平行于纵轴L，也可以采用其它结构(例如球面)。在一个实施方式中，装置240具有一个或两个可能的移动方向(例如下游，或下游和上游)，向前端可被确定为在装置的端部，装置在此移动，或其中一个端部。在一个实施方式中，成像器247的视场255通过光学系统可以沿着纵轴L并朝向“前”端。通常，装置240可以收集物体的图像，例如物体215，该物体通常可向前设置在体内成像装置240的前端(或向后设置，如果装置240可以朝向上游和向下游行进)，通常达到140度视角，也可采用其它角度。

通常，物体超越“前”端，例如目标或物体215，可以被成像，相对于移动方向或装置240的成像，例如沿纵轴L的方向，通过照射或发射例如准直光和/或激光束211’，可以测量物体215距装置240(例如圆盖254)的距离和/或物体215的大小。

现参考图2B，根据本发明一些实施方式，由例如图2A的体内装置240捕捉的一组图像250，260和270。如图2A和2B所示，点250’，260’和270’可以表示激光束211’在每个图像250，260和270的位置。在一些实施方式中，可以探测点250’，260’和270’，围绕这些点、分别标为250”，260”和270”的区域可采样并用于测量体内物体例如物体215距体内装置240的距离。激光束211’光斑在图像中的位置(例如点250’，260’和270’)，在图像250，260和270中，根据捕捉的图像中的激光束光斑距体内装置240的距离来改变，例如，激光束211’和体内装置之间的距离越大，激光束的图像(例如点250’，260’和270’)越接近图像中的参考点，例如接近图像的中心(点O)。例如，在图像250中，该图像表示在距体内装置240(例如距光学圆盖254为0mm)A处捕捉的图像，点250’设置在距图像250的中心(点O)距离A’处。在图像260中，该图像表示在距体内装置240(例如距光学圆盖254为10mm)B处捕捉的图像，点260’设置在距点O距离B’处(例如A’＞B’)，同时，在图像270中，该图像表示在距体内装置240(例如距光学圆盖254为20mm)C处捕捉的图像，点270’设置在距点O距离C’处(例如C’＜B’＜A’)。在一些实施方式中，根据辐射源的标度(calibration)/结构以及在图像中的选定的参考点，点260’距选定的参考点O的距离要大于点250’距点O的距离，例如A’＜B’。

通过测量在图像250，260和270中激光束211’光斑(点250’，260’和270’)和图像250，260和270中的任意参考点之间的距离，例如点O(图像的中心)，可以确定/测量激光束光斑距体内装置240的距离。例如，点270’(例如激光束211’光斑)和图像270中的点O的距离为C’。在典型的实施方式中，已知辐射源11的位置，已知成像器和辐射源11之间的距离，激光束指向的角度也是已知的。因此，根据一些实施方式，可以测量图像中激光光斑(例如点250’，260’和/或270’的坐标)的位置，并可以使用简单的三角函数算法计算出激光光斑距体内装置的距离。在理想的实施方式中，光斑在图像中的位置足以确定光斑距体内装置的距离。在典型实施方式中，可能需要在每个生产的成像装置中校准特定的体内成像装置参数，例如辐射源的准确位置和/或方向，和/或激光束指向的角度。

在一些实施方式中，激光束光斑可以定位在物体215上，这足以计算到激光束光斑的距离，从而得到距物体215或目标区域的距离。在其它实施方式中，激光束光斑不直接落在物体215上。

在一些实施方式中，一旦确定了在特定图像中激光束光斑和体内成像装置的距离，就可以估算出在该图像中体内物体距体内成像装置的距离以及物体的实际大小。这种估算可以基于临近光束光斑的区域的图像照明参数值与接近目标物体的区域的图像照明参数值的比较。

为了估算物体215距体内装置240(例如光学圆盖254)的距离，尤其是激光束光斑不会直接落到物体215上之处，与激光束光斑(250’，260’，270’)相关的区域的像素可被采样，例如围绕光斑(250”，260”和270”)的区域。在一些实施方式中，采样的区域可以包含位于选定距离的所有像素，例如距离光斑的中心2个像素。在一些实施方式中，采样的区域可以包括设置在距离光斑的中心一定距离的像素组，例如4个像素。采样区域可以包括若干在光斑附近任意选定的像素，例如距离光斑的边界1个像素的像素。可对其它区域采样，例如包括或不包括特定的颜色/色调/光照度等级的采样区域。

在一些实施方式中，可以计算与激光束光斑相关的选定区域的采样像素的图像照明参数。可对图像的每个光斑计算图像照明参数。该图像照明参数包括但不限于图像中选定区域的照明等级、图像中选定点或像素的照明光照度、围绕激光束光斑的采样区域的灰色等级(或发光度)和/或从围绕激光束光斑的组织所反射的光的总量。可照明参数以例如坎德拉每平方米(cd/m²)，勒克斯(cd·sr/m²)或瓦特每平方米(W/m²)为单位测量图像照明参数。在其它实施方式中，可以探测/计算区域内的红色、绿色、蓝色、红外线、紫外线和或其他波长范围的等级，该区域与激光束光斑相关。在一些实施方式中，可计算围绕激光束光斑的采样区域、或与光斑相关的区域内的单个点/像素或少量点/像素的图像照明参数。可对更大的区域采样，例如直径是激光束光斑直径10倍、围绕在激光束光斑周围的区域，可以通过例如对所有采样像素的照射值取平均数来计算图像照明参数。

辐射源或激光可以发射特定波长范围的光，例如红外线波长范围，通过使用一个或更多个成像器传感器可以探测图像照明参数，例如从组织反射的光的强度，成像器传感器例如红色、蓝色或绿色对红外线波长范围敏感的成像器传感器。由于红色、蓝色或绿色成像器传感器在光谱的红外部分的敏感性，在谈红色环境中，例如在体腔，在红外线波长范围内使用激光生成激光束光斑是有利的。因为环境大部分在光谱的红色部分，所以采用蓝色成像器传感器来接收图像中光束光斑的大部分有效探测是有利的。可以使用不同的传感器来探测其它的波长范围和/或传感器和/或探测的参数的比率，例如采用绿色成像器传感器探测的参数与采用蓝色成像器传感器探测的参数的比率。

在计算与激光束光斑相关的区域的选定的像素的图像照明参数后，在与物体215相关的区域内执行类似的程序。物体215可由使用者手工识别或者由图像分析软件自动探测。可以选定包含在物体215内的区域，例如区域215’，和/或围绕物体的选定区域，例如215”或以一组像素为界、位于距离物体215的边界几毫米的区域，可以计算区域内每个选定像素的图像照明参数值，和/或图像照明参数值的平均值。也可以使用选定像素的其它参数，例如反射光的颜色强度、色调、饱和度、发光度、色度、亮度，和/或光谱特性以及其它相关数据。

根据一些实施方式，组织的亮度、颜色、色调或饱和度，例如在GI道内，可以一致或实质上沿GI道或道的部分一致。例如，组织的颜色大部分可以是同类的。在理想系统中，照射源的照射会被均匀地分布穿过成像器的视场。但是，在一些实施方式中，由于分离的照射单元例如几个发光二极管，照射不是均匀地穿过成像器的视场。特定区域在亮度、颜色、色调、色度或饱和度上存在的差异可能由于照射特性(例如距照射源或罩的距离)的不同，以及/或可以指示出组织的病变或特定区域。例如图像的中心点相比位于图像边缘附近的点会被照射的更亮。在使用照明等级计算体内物体距离和大小时，优选地要移除由于照射源的特性和结构导致的图像像素照明等级的差异，例如通过生成图像的照射图来移除差异，例如通过校准每个像素的照明等级。

根据一些实施方式，组织在体内图像的照明等级可与组织距体内成像装置的距离相关。例如，如果组织距体内成像装置较远，反射回成像器的光的总量就会降低。因此，知道，例如：

1.图像中目标光斑(或点)距体内装置的距离以及与该光斑相关的照明等级；

2.图像中与体内物体相关的照明等级；

3.在图像中物体捕捉的像素的数量；以及

4.在体内装置中光学系统的放大和/或失真，可以测量并计算被体内装置例如装置240成像的体内物体或目标点的大小。例如，这种大小的估算可以通过处理和/或显示系统提供给使用者。对于许多医疗用途，通过上述说明所提供的物体的大小范围是足够的。因此，对病变大小的了解可以使医生或其他根据本发明的使用者决定治疗的紧迫性，治疗的类型，以及治疗所需要的工具成为可能。例如探测到的病变的大小，例如息肉、侵蚀斑(lesion)、肿块、囊肿、迷芽瘤、错构瘤、组织畸形或结节，可能与其恶性肿瘤有关。

图2C描述了可根据本发明一个实施方式计算的一个距离曲线图示例。根据一个实施方式，可测量描述最初的(或校准的)每个像素的图像照明参数值的照射或灰度等级图。区域的图像照明参数值(x)与该区域距成像装置的距离之间的关系(F(x))可以基于靠近激光束光斑的照明等级和计算出的距成像装置的距离来计算。这种关系的一个示例显示在图2C中。可建立显示了计算的图像照明参数与物体距体内成像装置的估算距离之间的关系的曲线图，例如图2C中所示的曲线图。在函数的计算中可使用不同的图像照明参数。例如，使用单一辐射源光斑的多个图像，或优选地，使用多个辐射源光斑的图像，例如根据图2B中所描述和显示的方法，辐射源光斑的每个给定的照明参数值(x)，计算距离函数F(x)。因此，一旦计算出距离函数F(x)，可从函数中推导出装置捕捉的图像中的任何点的距离。可根据特定的体内成像装置参数的不同结构或校准改变曲线图函数。

成像装置的装置校准参数，例如照明方式的校准参数、照明力度或强度、和/或照射源的光弥散和/或辐射源的校准参数可以储存在体内成像装置和/或转送到接收单元和/或工作站。在一些实施方式中，辐射源光斑的估算位置参数可以是校准参数。光学系统失真校准参数可以提供有关光学系统引起图像失真的信息。也可以采用其它参数。

现在参照图3A，图3A示出了根据本发明一个实施方式的辐射源单元311的侧视图。辐射源单元311可以包括诸如垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)的激光二极管310，例如具有与普通“边缘发射器”相比较从其表面发射光的垂直空腔的激光器。根据一些实施方式，辐射源单元可以包括光束成形单元如微型光学元件，例如准直透镜309和用于支撑的透镜支架308，例如透镜309。根据一些实施方式，辐射源单元可以包括光束分离单元306，如微型光学光束分离元件，例如衍射光学元件。光束分离单元306可以把激光束分离成几个分离的光束，例如三个光束可以产生三个光斑，这可以用来计算图像中三个不同距离的测量。通过开关或控制器，可以有选择性地激活分离的光束，例如通过使用激活控制器46(如图1所示)。光束分离单元306可以把辐射光束分离为若干光束。光束分离单元306可以与校准透镜309和/或辐射源单元311的其它元件集成。在一些实施方式中，光束分离单元306可以制造出可干扰光束光斑的杂散光束，且导致使图像分析或大小的计算更为复杂。

根据一些实施方式，除了光束分离单元306，还包括阻断元件305。阻断元件305可以阻止可穿过光束分离单元306的杂散光束。

可以采用内置的间隔元件(未示出)作为透镜309的一部分或作为分离的元件，间隔元件可用来集中、聚集和/或集聚一个或更多个光束。光束成形单元(未示出)可生成结构化的光束光斑。辐射源单元311可由若干分离的组装元件构成，或可制造为一体元件。

图3B示出了根据本发明一个实施方式的典型的阻断元件的俯视图。阻断元件可由不透明材料制成并可具有若干个透明的开口或孔以允许光线通过，例如准直光束或激光束。孔可以是圆形的，也可以是其它形状。

图4示出了根据本发明一个实施方式的方法的一系列步骤。在步骤400中，图像包括同一个或更多个从体内成像装置接收的激光束光斑。在一些实施方式中，其它辐射源，例如准直光或其它电磁辐射，可用于生成图像中的一个或更多个光斑。在一些实施方式中，光斑可以出现在一个图像中，物体可以出现在另一个图像中。两个(或更多的)图像可以用于计算或估算物体的大小，例如通过使用已知的图像配准技术(用于相同或大致相同的的景象的图像的校准)把两个图像组合为一个图像。

可以设置在成像装置内部或外部，例如设置在接收器或作为工作站处理单元的一部分的处理器接收体内图像数据并探测激光束光斑或其内部的光斑。根据一些实施方式，可使用大量激光束光斑(例如10个光斑)来提高计算/估算体内物体大小的准确性。为在图像中制造若干光斑，组合若干辐射源和/或把光束分离为几个光束是有利的。在步骤402中，处理器可以例如自动地探测或识别图像中的目标物体，例如病变。在一些实施方式中，使用者，例如医生，可以手工识别目标物体，例如通过点击其上的鼠标。

在步骤410中，使用处理器来计算体内成像装置的圆盖与激光束光斑之间的距离。距离的计算基于图像中激光束光斑的位置完成，例如使用图2B中所描述的方法。在步骤420中，计算选定图像的像素的灰度等级和/或照明强度和/或其它照明参数，例如在激光束光斑的附近区域或周围。可对激光光斑图像附近的单个的点或像素计算照明参数。在步骤430中，计算图像中，例如在物体的附近区域或周围和/或直接在体内物体上的区域中，选定的像素的灰度等级、照明强度和/或其它照明、颜色范围、色调和/或饱和度参数。

接着，在步骤440中计算从体内成像装置到体内物体的距离，例如比较计算出的激光光斑图像附近的像素的照明参数值与计算出的物体附近的像素的照明参数值。在步骤450中，采用计算机图像分析技术的数据处理器可以自动探测体内物体的区域，或者使用者可以通过例如拖动鼠标围绕在图像中显示的体内物体来指定目标区域，或者通过选定物体边界的中心点，或者通过其它的输入方法，例如使用触摸屏来标示物体。在步骤460中，例如可以根据用于描述图像中的体内物体的像素的数量计算的体内物体距体内装置的距离以及体内装置的光学系统的放大和/或失真来计算体内物体的大小或其它结果。可以给使用者呈现例如体内物体的估算的大小和/或距离，例如在工作站上或接收器上呈现。在另一个实施方式中，使用者可以仅标示出病变的中心，计算软件会自动提供体内物体或选定的病变的估算的大小。

通过例如把体内成像装置的光学系统的中心点作为轴的原点，可以计算图像中选定像素的估算的三维(X，Y，Z)坐标，例如每个描述体内物体的像素，或物体里包含的每个像素。在步骤470中，生成体内物体的模型图并呈现给使用者，例如包含体内物体的三维信息的模型图。也可给使用者呈现其它的模型或信息，例如与物体相关的模型图和/或其它三维信息可以使从与由成像装置捕捉的图像的角度相比不同的角度显示物体的虚拟或计算的图像成为可能。还可以显示从不同角度显示物体的成像装置的虚拟运动。也可以采用其它步骤或系列步骤。

在一些实施方式中，激光器或其它辐射源生成的光斑在图像中是可见的。例如通过图像处理技术如外插或修匀光斑后面组织的颜色/质地的不同，可以移除该光斑。也可采用其它移除光斑的方法。在一些实施方式中，例如使用替代的辐射源激活，在大小分析数据的提炼后，可不再使用带有光斑的图像，只把不带光斑的图像呈现给使用者。

使用本发明的实施方式的体内成像系统的使用者可以例如估算监视器或其它图像显示装置上显示的物体的大小。这种估算测量可以是手动的，也可以是自动的。例如，通过测量使用者已知的显示在监视器上的物体的尺寸、体内装置的光学系统的放大和/或失真、以及物体距体内装置的距离，可以估算出物体的大小。

可替代的，这种估算可以自动完成。例如，使用者可以在显示上选择两个点(例如通过鼠标或其它具有处理单元的用户界面)，可能对应物体的边缘，并且可提供数据处理器，例如物体的大小。也可采用其它输入使用者物体的指示的和输出大小或大小范围的方法。可替代的，可用数据处理器或其它单元来探测目标物体，例如使用计算机图像分析技术识别的疑似病变。这特别的有用，例如对病变为一定大小范围(例如0.5mm至1.5mm)的息肉的诊断不同于对更大大小范围(例如1cm至3cm)的息肉的诊断。因此，在这个示例中，使用本发明的一个实施方式，甚至是大小的范围也对诊断一种类型的息肉或其它病变具有帮助作用。

图5A示出了向使用者显示的图像中的物体550的示例，作为监视器显示的一个示例。使用者可以手动选定体内目标物体，例如通过鼠标或其它输入装置的使用，和/或自动探测，例如通过图像分析处理。

图5B至图5F示出了模型图的不同示例，例如二维或三维模型图，可以添加到图像中选定的物体并显示给使用者。模型可以为使用者提供有关选定物体形状、方式、形式或结构的附加信息。图5B至图5F与图5A所示的物体相同。

图5B示出了模型图示例，其可以帮助医生或查看者对体内物体和/或体内物体的大小进行查看。使用者可以标示出在物体上或在物体的中心500附近的将要测量的一个点，例如息肉。可以计算图像的平滑，例如弄平颜色和/或不规则的照明。如果体腔不清洁，例如可忽略带有浑浊介质的图像像素。成像装置的装置校准参数可以用来计算围绕图像中标示点的每个选定像素的三维坐标(X，Y，Z)。可以建立从该点的距离图，画出从标示点500开始例如1毫米的等距离轮廓线(501，502)，生成类似地形图的三维表示图。体内物体的一个面的长度可以沿物体的模型图的三维表示图的表面进行测量，从而获得物体的完整或部分圆周长度。

图5C示出了模型图的另一个示例，以添加到体内物体的图像中的表面参照尺510的形式。使用者可以在体内物体上或图像中的其它点中选定两个点，例如点511和512，然后把表面参照尺添加到图像中。表面参照尺上的每个比例标示代表例如1毫米。比例标示中不等的空间可以帮助查看者理解选定物体的三维形状和/或表面形状。在一些实施方式中，可以自动添加表面参照尺，例如在选定的和/或探测的体内物体的计算出的最长的可见的面。

图5D示出了模型图的另一个示例，用上述类似方法，以类似前面所描述的方法生成的栅格或网格(520，521)的形式。栅格/网格为使用者提供了附加信息，例如有关物体的三维面的健康护理人员。例如，每条纵向线之间的距离为1毫米，每条横向线之间的距离为1毫米。线之间也可采用其它距离。一个方向的线之间的距离可以不同于其它方向的线之间的距离。在一些实施方式中，使用者可以围绕病变画线，或点击病变以对其进行标示。在其它实施方式中，可以通过图像处理算法自动探测病变。

图5E示出了模型图的另一个示例，以添加到体内物体的图像中的直径参照尺530的形式。类似图6C所描述的方法，使用者可以在体内物体上或在图像中的其它的点选择两个点，然后把直径参照尺530添加到图像。例如，直径参照尺上的每个比例标示描述1毫米。比例标示之间的间距是一致的，用于描述图像中两个选定的和/或探测的点之间的距离。例如，可用直径参照尺530测量选定物体的直径。

图5F示出了模型图的另一个示例，以添加到体内物体的图像的测量参照尺的形式。可以自动地或根据接收到的使用者的请求呈现给使用者估算的体内物体的实际大小。

虽然本发明只描述了数量有限的实施方式，应察知可作出本发明的各种变形、修改以及其它应用。本发明的实施方式可以包括在此用于执行计算和操作的设备。这些设备可能是专门为预期目的制造的或可包括有选择性地由存储在计算机中的计算机程序激活或重新设置的通用目的的计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机的可读存储介质中，例如，但不限于此，可为任何类型的磁盘包括软盘、光盘、CD-ROMs、磁光盘，只读存储器(ROMs)、随机存储器(RAMs)、电可编程序只读存储器(EPROMs)、电可擦可编程序只读存储器(EEPROMs)、磁片卡或光卡，或任何适用于存储电子指示的介质的其他类型。

本文说明的过程不内在的与任何特定计算机或其它设备有关。根据本文教导，可以使用各种通用目的的系统，或为方便建造更特定的设备用于执行预期的方法。本发明实施方式中出现了用于各种这样系统的预期结构。此外，未参照任何特定的程序语言描述本发明的实施方式。应察知可用各种不同的程序语言来实现如本文所描述的本发明的教导。

除非有特殊的相反说明，从本文的讨论，显而易见的是，在整个说明书的讨论中，对例如“估算”、“处理”、“计算机计算”、“计算”、“判定”等术语的使用通常是指计算机或计算系统，或类似的电子计算装置(例如“片上计算机”或ASIC)的行为和/或处理，其操纵和/或转换在计算系统的寄存器和/或存储器中表示为物理量(例如电量)的数据，为与计算系统的存储器、寄存器或其他这样的信息存储、传送或显示装置中类似地表示为物理量的其它数据。

本领域技术人员应该知道本发明不限于在本文特别显示出和描述出的内容。相反，本发明的保护范围仅由权利要求定义。

Claims

1.一种估算体内物体距体内成像装置的距离的方法，包括：

接收来自所述成像装置的体内图像，所述图像包括光束光斑和体内物体；

估算从所述光束光斑到所述成像装置的距离；

从所述图像选择第一像素，所述第一像素与所述光束光斑相关；

从所述图像选择第二像素，所述第二像素与所述物体相关；

计算所述第一和第二像素的图像照明参数值；以及

基于所述图像照明参数值，估算所述物体距所述成像装置的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择所述第一像素的标准不同于选择所述第二像素的标准。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一像素选自于所述光束光斑周围区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二像素选自于所述物体周围区域。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二像素选自于包含在所述物体中的区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像照明参数选自于由：灰度等级、照明强度等级、发光度、饱和度、亮度、颜色强度、色度及色调组成的组。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，辐射源是激光源或准直光源。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述辐射源是VCSEL。

9.根据权利要求1所述的方法，包括选择性地激活辐射源。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

计算描述所述图像中所述物体的若干像素；以及

计算所述物体的估算大小。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

建立所述物体的模型图；以及

把所述模型图呈现给使用者。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

添加有关所述物体的三维信息到所述图像；以及

把所述三维信息呈现给使用者。

13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

校准装置参数，并使用所述校准的参数细化所估算的所述物体距所述成像装置的距离。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述装置参数为光学系统失真参数、装置照明参数、或估算的辐射源光斑的位置参数。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括传送所述装置参数。

16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从所述图像移除所述光束光斑。

17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述图像中识别所述物体。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体是病变。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像包括多个光束光斑。