CN110381805B - 用于体内装置的位置检测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于基于外部光检测体内装置的位置的系统和方法：所述系统可以包含体内装置，所述体内装置被配置成用于引入身体中并且具有至少一个被配置成用于感测光的传感器；和体外模块，所述体外模块包含至少一个照明源，所述照明源被配置成用于朝向所述身体发射指示光；所述指示光被配置为由所述至少一个传感器感测。

Description

用于体内装置的位置检测的系统和方法

技术领域

本发明属于体内成像领域，特别是被配置成用于基于感测外部光来检测体内装置的位置的系统。

背景技术

众所周知，可吞咽的体内装置用于诊断胃肠(GI)道。这种装置的常见设计是可吞咽的胶囊，其包含具有至少一个透明区域(通常是壳体的圆顶)的外壳，和容纳或包含在壳体内并且被配置成用于在通过胃肠道时获得胃肠道的体内图像的成像系统。这些图像存储在胶囊本身内的存储装置上(以待稍后检索)，或者更常见地，从胶囊发射到外部数据记录器。

这些胶囊中的许多胶囊包含通信构件，外部数据记录器不仅可以通过所述通信构件获得成像系统拍摄的图像，而且可以接收关于胶囊的附加信息，例如其沿胃肠道的位置。

这种胶囊的一个实例可以包含成像系统和超低功率射频发射器，以用于将信号从CMOS成像相机发射到位于患者外部的接收系统。成像系统的实施例可包含至少一个CMOS成像相机、用于照射体内部位的至少一个照明源，和用于将体内部位成像到CMOS成像相机上的光学系统。

本文中对上述参考的确认不应被推断为意味着这些参考与本发明公开主题的可专利性有任何关联。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种用于基于外部光检测体内装置的位置的系统，所述系统包含用于被引入身体中并且具有被配置成用于感测光的至少一个传感器的体内装置；和体外模块，其包括至少一个照明源，所述照明源被配置成用于朝向所述身体发射指示光以由所述至少一个传感器感测。

体外模块可以被配置成安置在患者身体外部。具体地说，体外模块可以被配置为安置到皮肤上，使得至少一个照明源朝向身体向内。

体外模块可以构成装置的一部分以由操作者操控，例如手柄、杆等。或者，体外模块可以是被配置成用于容纳患者的固定装置的一部分，类似于X射线或MRI机器。

根据另一实例，体外模块可以呈被配置成靠着皮肤放置的贴片的形式。贴片可以以有线或无线方式连接到外部装置。贴片可以具有接触表面，所述接触表面被配置成在安置到身体上时面向身体，并且所述照明源可以具有位于所述接触表面上的至少一个发光点。

体内装置可包含通信模块，其被配置成用于从体外装置/位置接收警报信号和/或将警报信号发射到体外装置/位置。通信模块可以被配置成至少在检测到所述指示光时发射/接收所述警报信号。

体外模块可以在预定位置安置到身体上，其中通过体内装置发射/接收所述警报信号指示体内装置在身体内对应于体外模块位置的位置。

体内装置可包含被配置成用于获得体内图像的成像器。体内装置可以被配置成用于在第一操作模式下获得所述体内图像，并且用于在所述传感器检测到所述指示光时切换到在第二操作模式下获得所述体内图像。所述操作模式可以彼此不同，尤其是在捕获图像的帧速率和/或图像的分辨率方面。或者，体内装置可以被配置成在所述传感器检测到指示光时开始成像。在这种情况下，模式之间的差异是开/关。

另外，体内装置可以具有机载(例如，体内装置的一部分，或在体内装置的内部)照明源，其被配置成用于提供光以通过成像器获得图像。此外，机载照明源和体外模块的照明源可以同步，使得它们的照明时间不完全重叠。可执行此操作以便由体内模块的成像器获得的图像(由机载照明源促进)不受由体外模块的照明源提供的外部光的影响(例如，过度/不足曝光)。

例如，可以通过以下方式执行光源之间的同步：

-如果体外模块的照明源是预定的(即，不可控制)，并且以给定的速率发出一束光，那么一旦感测到体外模块的光，就可以配置体内模块的成像器，以使其成像速率与体外模块的照明源的成像速率匹配，但是在偏移情况下，使得仅在照明机载照明源(而不是体外模块的照明源)时才进行成像；和

-如果体外模块的照明源和体内模块的机载照明源都是可控的(例如，通过例如数据记录器等外部组件)，那么这样的外部组件可以使这两个源的照明主动同步。

所述系统还可以包含进度调节组件，其被配置成用于在某一位置减慢和/或停止体内装置。例如，进度调节组件可以被配置成使用磁力来执行所述减慢/停止。进度调节组件也可以构成体外模块的一部分。

如果贴片的位置对应于胃肠道的一部分，在所述部分中可以预期体内模块的移动更快，那么可以使用进度调节组件。具体地说，根据本申请的一个实例，贴片可以放置在大致对应于麦氏点的位置处，所述点位于肚脐与髋骨之间的路径的1/3处且指示阑尾(和因此，盲肠)的位置。因此，将体外模块定位在那里也可以指示盲肠的位置。由于在盲肠中(在离开小肠之后)，预期体内模块进展得相当快，因此进度调节组件可以促进(特别是在那里)减慢体内模块。

根据本申请主题的另一方面，提供了一种用于使用例如前一方面的系统(或另一系统)，基于外部光检测体内装置的位置的方法，所述方法包含当所述体内装置位于体内时：

-将所述体外模块安置到患者身体上；

-用所述指示光照射所述身体；和

-使用所述体内装置的传感器检测所述指示光。

实施例还可以包含一旦检测到所述指示光，就向/从所述体内装置接收/发射警报信号。

根据以上的一个实例，实施例还可以包含在检测到所述指示光之前在第一操作模式下获得所述体内图像，以及在检测到所述指示光之后切换到在第二操作模式下获得所述体内图像。

根据本发明的又一方面，提供了一种体外模块，其构成(例如，本申请的前一方面的)系统的一部分，其中所述体外模块包含被配置成用于在安置到患者身上时面向患者的操作表面，和被配置成用于发射预定波长范围的指示光的至少一个照明源，其中所述照射源与接触表面面向相同的方向。

附图说明

为了更好地理解本文公开的主题并举例说明可如何在实践中实施，现将参考附图仅通过非限制性实例描述实施例，其中：

图1A是人体消化系统的示意图；

图1B是人体腹部的示意图，其中指示了麦氏点的位置；

图2A是根据本申请主题的一个实例实施例的体外模块的示意性横截面视图；

图2B是根据本申请主题的另一实例实施例的体外模块的示意性横截面视图；

图3A到3D是根据本发明的实施例的人体消化系统的一部分的示意图，以穿过人体消化系统的所述部分的体内装置的不同进展阶段示出；

图4A到4D是根据本发明的实施例的在外部安置有图2的体外模块的胃肠道的一部分的示意性横截面视图，以对应于图3A到3D中所示的阶段的体内装置的不同进展阶段示出；

图5是根据本发明的实施例的图4A到4D中所示的胃肠道的示意性横截面视图，在外部安置有包含进度调节组件的体外模块的另一实例；且

图6是根据本发明的实施例的监控腰带的示意性前视图，所述监控腰带在安装到人体躯干上时包括体外模块和附加装置；和

图7是根据一个实施例的本发明方法的示意性框图。

应了解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定是精确地或按比例绘制的。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大，或者一个功能块或元件中可包含若干物理组件。此外，在认为适当的情况下，可以在附图当中重复附图标记以指示对应或类似的元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了某些具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，尚未详细描述众所周知的方法、程序和组件、模块、单元和/或电路，以免模糊本发明。关于一个实施例所描述的一些特征或元件可以与关于其它实施例所描述的特征或元件组合。为了清楚起见，可以不重复对相同或类似特征或元件的论述。

首先注意图2A，其中示出了根据实施例的体外模块，通常标记为10，呈贴片12的形式，其中并有功能布置20，所述功能布置包括经由LED控制线38由通信单元24操作的例如LED 22的照明源，LED 22和通信单元24分别经由连接34和36由例如电池的电源26供电。通信单元24被配置成以无线(例如，经由无线电波)方式32将信号和/或数据发射到数据记录器30。LED 22(或适合的替代照明源)可朝向其中引入有体内装置的身体发射指示光。

体外模块的另一实例如图2B所示，其中电源26驻留在数据记录器30中(或者可以在体外模块10外部的任何其它装置中)，使得通信单元24和LED 22由此分别经由连接34'、36'供电。另外，通信单元24被配置成经由有线连接32'(而不是如前一实例中的无线)将数据传送到数据记录器30'。应了解，可以应用图2A和2B中所示的布置的不同组合(例如，电源26在贴片12内，同时连接32'是有线的；电源26在外部，且连接是无线的等)。

贴片12形成有内接触表面14和外表面16，所述内接触表面被配置成抵靠指定区域(例如患者的皮肤)放置。LED 22接近于接触表面14定位，使得当所述贴片12被安置或附接到指定的表面上(例如在外部)时，从LED 22发射的光线L朝向指定表面。具体地说，如果贴片12安置到患者的皮肤上(例如通过粘附，如在放置在皮肤处的传感器/贴片中常见的那样)，那么光线L通过他/她的皮肤S被引导到患者体内(如图4A到4D中所示)。

现在转到图3A到3D，体外模块10可以是监控/检测系统的一部分，所述系统还包含例如胶囊70(例如，和内窥镜胶囊)的体内装置，其在图中示出为穿过胃肠道。在其最基本的配置中，胶囊70包含光传感器，例如成像器，例如互补金属氧化物半导体(complementarymetal–oxide–semiconductor；CMOS)或电荷耦合装置(charge-coupled device；CCD)，其被配置成用于检测由体外模块10的LED 22发射的光L；和发射器(其是通信单元24的一部分)，被配置成用于一旦传感器检测到光L就发出警报信号。警报信号被配置为由数据记录器DR接收，所述数据记录器通常是与贴片12分开的独立装置。

要注意的是，虽然这里给出的实例指的是胃肠用途，但本发明的实施例适用于被配置成用于感测身体外部光的体内装置的组合是重要的。

应了解，在其最基本的配置中，包含体外模块10和体内装置70的监控系统可以提供胃肠道内体内装置的位置的指示，或者更确切地说，指示体内装置70何时到达胃肠道内的给定位置。现在将参照图3A到3D描述所述基本配置，且之后将论述修改和扩展。

在图3A到3D、相应的图4A到4D和图7中，示出了具有体内装置70的实例人体消化系统，所述体内装置包括图4A上所示的传感器74和发射器76，位于其中并沿箭头方向前进。体外模块10被示出在外部放置在身体上大致对应于盲肠的位置处，并且从体外模块的LED 22发出的光L具有范围Ra，其被配置为覆盖稍微大于盲肠的区域。

在图3A中所示的位置，胶囊70处于小肠(SB)中，仍然在体外模块10的范围Ra之外。在所述位置，从LED 22发射的光L不能被胶囊70内的传感器74检测到，且因此胶囊的发射器76不会产生警报信号。在所述位置，体外模块10不接收警报信号，且因此推断出胶囊70尚未到达盲肠。

在图3B中所示的位置，体内模块70处于从LED发射的光的范围Ra中，且因此从LED22发射的光L由传感器74检测到，其向胶囊的发射器76发出警报以向DR 30发出警报信号。DR接收所述警报信号，从而推断出胶囊已到达盲肠。这为诊断目的提供了关键指示，从而允许在给定时间精确地指出胶囊70的位置。

应注意，体外模块10可以连接到数据记录器30，所述数据记录器被配置成用于从体外模块10接收数据并对其进行处理以确定胶囊70的位置(location)/位置(position)。

由于SB的各部分可以与盲肠重叠(位于盲肠后面或非常靠近盲肠)，因此胶囊70在通过SB的这一部分时可能会感测到从LED发射到达SB部分的一定量的光L。在这种情况下，处理器PRCS可以被配置成用于登记和分析所述数据，例如通过捕获的光的持续时间和/或强度，或者通过分析成像器数据(在胶囊还包含成像器的情况下，如关于另一胶囊实例所详细描述)，并且一旦胶囊实际到达盲肠，就对数据进行处理并推断出从胶囊70接收到的第一警报信号是假的，并且是在胶囊70仍然在上述SB部分中而不是在盲肠中时发送的。

转到图3C，只要胶囊在体外模块10的范围Ra内，就将继续检测光L并发射将由体外装置10接收的警报信号。这不仅可以提供关于胶囊70在胃肠道内的位置的指示，而且还提供关于胶囊70通过胃肠道的给定部分(在这种情况下是盲肠)所需的时间的基本信息。胶囊70通过胃肠道的给定部分所需的时间可以指示患者的各种医疗状况。

如图4A到4D中所示，一旦胶囊70处于范围Ra内，传感器74就可以检测到光L并命令发射器76向通信单元24发出警报信号。只要向其提供这样的数据，通信单元24继而就将所述数据提供给数据记录器30。

从图4A到4D中可以看出，将体外模块10安置到患者的皮肤S上，使得光线L被引导到患者体内。

特别参考图7，本申请的实施例包含使用外部光检测体内装置的位置的方法。一旦将体内装置引入患者110中，所述方法包含将患者与体外模块120安置在一起的步骤，所述体外模块被配置成用于执行以下步骤：用外部指示光130照射患者。体内装置上的传感器执行所述方法的下一步骤，所述步骤包含检测指示光140。

应了解，可以重复和/或连续地执行上述方法的步骤130和140，以便分别获得关于体内装置的位置的周期性和/或连续的信息。

根据本发明的另一实施例，胶囊70可以包含成像器，所述成像器被配置成用于沿着胃肠道在其整个过程中捕获图像，并且将这些图像发射到通信单元24。在这种情况下，虽然胶囊70还可以包含用于检测来自体外模块10的光L的传感器74，但是可以仅使用成像器检测这种光，而不需要额外的传感器。

具体地说，外部光可影响由体内装置70捕获的图像，即所谓的‘光晕’效应-在捕获的图像周围产生光晕。因此，处理器可以被配置成用于识别含有这种‘光晕’效应的捕获图像，以指示胶囊70是否确实到达与体外模块10的位置相对应的位置。

已知体内装置通过盲肠的进度比沿着小肠的进度快得多。因此，可能希望执行例如：

-在被配置成用于结肠成像的胶囊的情况下-开始捕获盲肠中的图像(因为成像器未被配置成用于在处于小肠中时捕获图像)；和

-在被配置成用于小肠和结肠成像的胶囊，例如在被系统检测之前已经获得小肠图像的胶囊的情况下，当胶囊70位于盲肠区域处时提高图像捕获的帧速率。具体地说，如果体内装置70被配置成用于以基本速率FR1捕获图像，那么当胶囊70到达盲肠时，可能期望将所述帧速率提高到FR2>FR1。

因此，如果体外模块10根据上述实例适当地定位在盲肠区域处，那么可能发生如下操作：

i.最初，胶囊70通过成像器感测外部光，或者以包含光晕效应的帧速率FR1捕获图像；

ii.获得的图像被传送到处理器；

iii.处理器识别外部光或光晕效应并推断出胶囊70已到达盲肠。例如，可以通过将光测量值与强度阈值进行比较或通过图像分析来进行识别；

iv.处理器向胶囊70发出警报信号，以开始捕获图像或切换到第二帧速率FR2；

v.胶囊继续以第二(更快)速率捕获图像。

应注意，在胶囊70通过盲肠期间，可以至少周期性地关掉光L，以防止由光晕效应损坏盲肠中捕获的图像。

应了解，在胶囊70具有被配置成用于获得胃肠道图像的机载成像系统的情况下，这种系统还可以包括本身已知的照明源(未示出)。因此，根据具体实例，胶囊70的成像系统的DR 30、LED 22和照明源都可以同步，使得当打开照明源以便于获得胃肠道的图像时，分别关闭LED 22以防止例如所获图像中的光晕效应。

可以通过DR 30来控制LED 22和照明源的照明的同步，并且至少以下两种配置是可能的：

a)仅通过DR 30控制胶囊70的照明源。在这种情况下，LED 22以DR 30已知的恒定照明率操作(但不受其控制)，并且DR 30被配置成相关于LED 22而打开和关闭胶囊70的照明源；和

b)LED 22和胶囊70的照明源都由DR 30控制，这确保了这些光源不会同时打开。

当胶囊70离开盲肠区域时，例如在与上文所述相反的过程中，帧速率可以切换回FR1，或者切换到专门设计成用于捕获结肠中的图像的任何其它帧速率。

或者，根据另一实例，体内模块70的成像器可被配置成两用的-主要用作成像器且次要用作光传感器。具体地说，应了解，体内模块70的成像器可能没有快门，例如，每次需要获取新图像时，图像传感器需要被以电子方式‘擦拭’干净。这是根据体内装置的要求以给定频率进行的。

根据一个实施例，建议在成像器获取图像之间的间隔中执行对图像传感器的附加‘擦拭’，并且仅将其用于检测光的存在。换句话说，一个实施例中的成像器以两种交替模式操作：

图像获取模式-第一次‘擦拭’传感器并获取图像；和

光感测模式-第二次‘擦拭’传感器，仅记录超过预定阈值的光的存在。重要的是，应注意，在所述模式下，成像器没有图像提供给数据记录器30。相反，数据记录器30仅接收关于高于预定阈值的光的存在的是/否警报信号。

另外参考图1A和1B，为了将体外模块10适当地定位在对应于盲肠的区域处，一个实施例基于阑尾炎诊断。在图1A中，示出了胃肠道的基本图，包含小肠SB、盲肠C、升结肠AC、横结肠TC和降结肠DC。具体地说，由于阑尾和盲肠彼此接近，所以本发明的实施例可以提出识别阑尾位置作为盲肠位置的指示的概念。为了做到这一点，用于定位阑尾位置的常用方法之一是基于麦氏点的概念，所述点位于肚脐与髋骨之间的路径的1/3处。因此，将体外模块10定位在那里也将指示盲肠的位置。

现在参考图5，可能希望减慢胶囊70通过盲肠的进度。根据本发明的另一实施例，体外贴片10还可以包含进度调节组件40，一旦处理器24指示胶囊70处于体外贴片10的范围内，所述进度调节组件就被配置成作用于胶囊70上以停止/减缓其在胃肠道内的进度。进度调节组件40的一个实例是磁性组件(例如，电磁线圈)，其被配置成用于通过患者的皮肤磁性地固持胶囊70(其可以包含任何磁性材料，例如电池)，以便延长其在盲肠中的停留时间。进度调节组件40还可以从电源26汲取电力，并且与通信单元24通信以从其接收警报信号。

另外参考图6，监控系统可以设计为安装在患者腰部上的可佩戴腰带50，所述腰带包含体外模块10和DR 30。应注意，体外模块10安装在腰带50的内侧上，使得当将腰带安装到患者身上时，接触表面14暴露并面向患者的皮肤。

本发明所属领域的技术人员将容易了解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出许多改变、变化和修改，加以必要的变更。

本申请中对本发明实施例的描述是作为实例提供的，并不意图限制本发明的范围。所描述的实施例包括不同的特征，并非所有实施例中都需要所有这些特征。一些实施例仅利用特征中的一些特征或特征的可能组合。本领域普通技术人员将想到所描述的本发明的实施例的变型，以及包括在所描述实施例中提到的特征的不同组合的实施例。本发明的范围仅受权利要求书限制。

除非明确陈述，否则本文描述的方法实施例不限于特定的时间顺序或先后顺序。另外，在方法的一系列操作期间，可以跳过一些所描述的方法元素，或者可以重复所述方法元素。

虽然本文已经说明和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员可以想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应理解，所附权利要求书旨在覆盖属于本发明的真正精神内的所有这些修改和变化。

已经呈现了各种实施例。这些实施例中的每一个当然可以包含来自所呈现的其它实施例的特征，并且未具体描述的实施例可以包含本文描述的各种特征。

Claims (17)

1.一种用于基于外部光检测胶囊型体内装置的位置的系统，所述系统包括：胶囊型体内装置，所述胶囊型体内装置用于被引入身体中并且具有至少一个被配置成用于感测光的传感器；以及体外模块，所述体外模块包括至少一个照明源，所述照明源被配置成用于朝向所述身体发射指示光以由所述至少一个传感器感测，

其中所述体外模块的至少一个照明源被放置在与位于肚脐与髋骨之间的路径的1/3的点相对应的位置处，以指示盲肠的位置，

其中所述体外模块呈贴片的形式，所述照明源附接到贴片，所述贴片粘附到患者。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述体外模块被配置成用于安置在所述身体的外部；且所述胶囊型体内装置被配置成用于引入所述身体中。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述体外模块被配置成用于安置到皮肤上，使得所述至少一个照明源朝向所述身体向内。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述贴片具有接触表面，所述接触表面被配置成用于在安置到所述身体上时面向所述身体，并且其中所述照明源具有位于所述接触表面上的至少一个发光点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述胶囊型体内装置还包括通信模块，所述通信模块被配置成用于从体外位置接收警报信号和/或将警报信号发射到体外位置。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述通信模块被配置成用于至少在检测到所述指示光时发射/接收所述警报信号。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述体外模块在预定位置安置到所述身体上，其中通过所述胶囊型体内装置发射/接收所述警报信号指示所述胶囊型体内装置在所述身体内部对应于所述体外模块的位置的位置。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述胶囊型体内装置包括被配置成用于获得体内图像的成像器。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述胶囊型体内装置被配置成用于在第一操作模式下获得所述体内图像，并且用于在所述传感器检测到所述指示光时切换到在第二操作模式下获得所述体内图像。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述操作模式在捕获图像的帧速率方面彼此不同。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述胶囊型体内装置被配置成用于在所述传感器检测到所述指示光时开始成像。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的系统，其中所述胶囊型体内装置包括机载照明源，所述机载照明源被配置成用于提供光以通过所述成像器获得图像，并且其中所述机载照明源和所述体外模块的所述照明源同步，使得它们的照明时间不会完全重叠。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括进度调节组件，所述进度调节组件被配置成用于在某一位置减慢或停止所述胶囊型体内装置。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述进度调节组件被配置成用于使用磁力来执行延迟。

15.根据权利要求13或14所述的系统，其中所述进度调节组件构成所述体外模块的一部分。

16.根据权利要求1所述的系统，其中在所述胶囊型体内装置通过盲肠期间，至少周期性地关掉光。

17.一种根据权利要求4所述的用于基于外部光检测胶囊型体内装置的位置的系统的体外模块，其中所述体外模块包括操作表面和至少一个照明源，所述操作表面被配置成用于在安置到患者身上时面向患者，所述至少一个照明源被配置成用于发射预定波长范围的指示光，其中所述照明源与所述接触表面面向相同的方向，

其中所述体外模块的至少一个照明源被放置在与位于肚脐与髋骨之间的路径的1/3的点相对应的位置处，以指示盲肠的位置，

其中所述体外模块呈贴片的形式，所述照明源附接到贴片，所述贴片粘附到患者。

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