專(zhuān)利名稱(chēng)：膠囊血液檢測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膠囊型內(nèi)窺鏡在患者中的使用。更具體地，本發(fā)明涉及檢測(cè)、定位和校 準(zhǔn)用于活體患者的膠囊型內(nèi)窺鏡，以利用血液含量(blood content)檢測(cè)來(lái)定位和確定活 體組織中的異常。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)久以來(lái)，內(nèi)科醫(yī)生使用內(nèi)窺鏡進(jìn)入患者體內(nèi)的區(qū)域以在該部位實(shí)現(xiàn)某種功能。 傳統(tǒng)上，內(nèi)窺鏡包括光學(xué)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)使內(nèi)科醫(yī)生能夠?qū)?nèi)窺 鏡的末端(distal end)定位在期望的區(qū)域，從而使內(nèi)科醫(yī)生能夠在患者體外的部位看到該 區(qū)域。近年來(lái)，已經(jīng)發(fā)展了膠囊內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡是包括如數(shù)字式攝像頭等圖像捕捉裝 置的膠囊，該內(nèi)窺鏡被患者吞服并且行進(jìn)到患者體內(nèi)的如腸道等受關(guān)注的部位，以研究結(jié) 腸病變(lesion)。在該部位，膠囊內(nèi)窺鏡采集被捕捉的圖像以幫助內(nèi)科醫(yī)生對(duì)患者進(jìn)行一 些診斷。此外，例如R. K. Wali, H. K. Roy、Y. L. Kim、Y. Liu、J. L. Koetsier、D. P. Kunte, Μ. J. Goldberg、V. Turzhitsky 禾口 V. Backman 的 Increased Microvascular Blood Content is an EarlyEvent in Colon Carcinogenesis, Gut Vol. 54,654-660 (2005)所述，禾斗學(xué)家 們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)結(jié)腸中的靠近癌病變和癌前病變的表面粘膜的血液含量可察覺(jué)地增多，該現(xiàn)象 被稱(chēng)作血液供應(yīng)的早期增加(EIBS)。上述文章的內(nèi)容通過(guò)引用包含于此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種能夠測(cè)量包括例如腸道的組織的血液含量的可吞服膠囊。該裝置 的典型構(gòu)造在一起提交的題為“Methodand Solution for Correlating Image and Tissue CharacteristicData，，和"Blood Content Detecting Capsule” 的相關(guān)的對(duì)應(yīng)專(zhuān)利申請(qǐng)中 作了說(shuō)明，該專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用包含于此。該裝置可使醫(yī)生和臨床醫(yī)師能夠檢測(cè)EIBS以篩 選病變或腫瘤，或者當(dāng)與膠囊內(nèi)的圖像捕捉裝置結(jié)合時(shí)幫助定位癌變和癌前病變或腫瘤。該膠囊的典型構(gòu)造包括例如光源和光檢測(cè)器，其中光源向表面黏膜的區(qū)域發(fā)射偏 振光，光檢測(cè)器接收與組織和組織內(nèi)包含的血紅蛋白交互作用的光。來(lái)自組織的交互作用 后的光(interacted light，下文稱(chēng)為“交互光”)以與所發(fā)射的光的偏振角不同的偏振角 返回。所檢測(cè)的交互光的該返回角度和大小是可以測(cè)量的，并且是該粘液組織中血液含量 的表征。因此，可以由膠囊將與血液含量有關(guān)的信息傳遞至患者體外的接收儀器，使得內(nèi)科 醫(yī)生可以監(jiān)控組織中的血液含量并且在確定病變的存在或接近位置時(shí)使用這些信息。在如 下文章中已經(jīng)公開(kāi)了通過(guò)使用偏振光來(lái)測(cè)量血紅蛋白的技術(shù)Y. L.Kim、Y. Liu、R. K. Wali、 H. K. Roy>M. J. Goldberg、A. K. Kromin> K.Chen 禾口 V. Backman 的 Simultaneous measurement of angular andspectral properties of light scattering for characterization oftissue microarchitecture and its alteration in early precancer, IEEEJ. Sel. Top. Quant. Elec.，Vol. 9，243-256 (2003)以及 Μ· P. SiegeU Y. L. Kim、H. K. Roy、 R.K. Wali 和 V.Backman 的 Assessment of blood supply in superficial tissue bypoIariζation-gated elastic 1ight—scattering spectroscopy, AppliedOptic， Vol. 45，335-342 (2006)，這些文章的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。然而，該膠囊所面臨的一個(gè)問(wèn)題是膠囊必須與組織直接接觸，或者至少與組織非常緊密的接近，以使光源和光檢測(cè)器精確地檢測(cè)血液含量。同樣地，因?yàn)槟z囊本身在患者體 內(nèi)不易于操作，所以必須存在能夠使膠囊相對(duì)于組織以適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚨ㄎ坏南到y(tǒng)。使用該膠 囊的另一個(gè)問(wèn)題是更重要的是存在某個(gè)驗(yàn)證接觸的存在的系統(tǒng)，使得膠囊能夠確實(shí)獲得 該組織中的血液含量的正確信息。同樣，重要的是存在某個(gè)膠囊型血液含量檢測(cè)系統(tǒng)用的 校準(zhǔn)系統(tǒng)，該校準(zhǔn)系統(tǒng)是非?？煽康牟⑶夷軌蛟诨颊呤褂们氨滑F(xiàn)場(chǎng)使用。本發(fā)明提供克服這些問(wèn)題的方法和膠囊裝置。根據(jù)本發(fā)明，提供一種足夠小而能 被患者吞服的膠囊，并且在膠囊內(nèi)具有血液含量檢測(cè)器。血液含量檢測(cè)器包括以如下方式 定向的光源和光檢測(cè)器來(lái)自光源的偏振白光穿過(guò)形成在膠囊中的測(cè)量窗口以照射到患者 的活體組織上，這里，由光檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)自組織和包含在組織內(nèi)的血紅蛋白的交互光。分析 反射光的角度作為該組織中的血液含量的表示，并且產(chǎn)生表示血液含量的信號(hào)，該信號(hào)被 發(fā)送至例如計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)處理部件，在該數(shù)據(jù)處理部件中，關(guān)于血液含量的信息被處理并 且可被使用者使用。同樣，本發(fā)明包括將膠囊定向成使得膠囊與被分析的組織實(shí)際接觸并且使得光照 射到組織的多種部件。為此，一個(gè)實(shí)施方式利用膠囊的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的定向。另一個(gè)實(shí) 施方式提供戰(zhàn)略上位于膠囊內(nèi)的配重(weight)來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的定向，又一個(gè)實(shí)施方式具有 安裝在內(nèi)模塊內(nèi)的血液含量檢測(cè)器，該內(nèi)模塊可在外膠囊內(nèi)移動(dòng)。在一個(gè)典型實(shí)施方式中， 為了使膠囊進(jìn)一步小型化，設(shè)置鏡以將光從照明部件引導(dǎo)到光接收部件。本發(fā)明還包括接近檢測(cè)器(proximity detector)，該接近檢測(cè)器檢測(cè)膠囊檢測(cè)器 與活體組織的接近，特別地，該接近檢測(cè)器驗(yàn)證膠囊和該組織之間何時(shí)存在實(shí)際接觸。接近 檢測(cè)器可以是多種類(lèi)型并可以包括距離檢測(cè)系統(tǒng)，該距離檢測(cè)系統(tǒng)確定膠囊和活體組織之 間的距離，使得當(dāng)實(shí)際接觸即將來(lái)臨時(shí)能夠提供信號(hào)，從而在接觸時(shí)能夠進(jìn)行血液含量的 測(cè)量。最后，存在能夠在使用之前容易地和精確地校準(zhǔn)膠囊的校準(zhǔn)系統(tǒng)。在以下結(jié)合附圖的具體說(shuō)明的過(guò)程中，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更 加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的活體傳感系統(tǒng)的示例的示意圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的典型膠囊的剖視圖。圖3是示出在本發(fā)明的典型處理設(shè)備內(nèi)執(zhí)行的功能的方框圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的膠囊的典型形狀的剖視圖。圖5是示出本發(fā)明的另一個(gè)典型實(shí)施方式的剖視圖。圖6是示出本發(fā)明的又一個(gè)典型實(shí)施方式的剖視圖。圖7A至圖7B是示出使用配重來(lái)定位本發(fā)明的血液含量檢測(cè)器的示例的剖視圖。
圖8是示出相對(duì)于圖7A至圖7B所示的定向系統(tǒng)的本發(fā)明的替換(alternate)定 向系統(tǒng)的剖視圖。圖9A至圖9D是示出本發(fā)明的另一定向系統(tǒng)的剖視圖。圖10是示出利用鏡(mirror)引導(dǎo)來(lái)自患者組織的光和引導(dǎo)光行進(jìn)到患者組織的 本發(fā)明的替換實(shí)施方式的示意圖。圖11是在光路中使用鏡的另一典型實(shí)施方式的示意圖。圖12是具有多種接近檢測(cè)系統(tǒng)的膠囊的剖視圖。圖13是描述時(shí)間與膠囊和患者的活體組織之間的距離的關(guān)系的圖。圖14是示出可使用本發(fā)明的校準(zhǔn)系統(tǒng)的剖視圖。圖15是示出可使用本發(fā)明的替換校準(zhǔn)系統(tǒng)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式首先，參照?qǐng)D1，其示出了圖解本發(fā)明所使用的活體傳感系統(tǒng)的示意圖。因此，在圖 1中，可以看見(jiàn)膠囊10和外部處理單元16，其中，膠囊10在患者14的結(jié)腸12中緩慢地移 動(dòng)，外部處理單元16接收從膠囊10發(fā)送的數(shù)據(jù)、分析該數(shù)據(jù)并且顯示結(jié)果。例如，數(shù)據(jù)和 信息流可以沿著路徑18無(wú)線(xiàn)地傳輸至外部處理單元16。在膠囊10的典型構(gòu)造中，取得活體組織的兩份光譜信息以獲得關(guān)于黏膜的表面 部分或其它活體組織中的血液含量的信息。本實(shí)施方式使用第一定向的偏振光譜(水 平偏振光譜)和相應(yīng)的正交偏振光譜，其中，被稱(chēng)為水平偏振的水平偏振光譜具有與來(lái) 自膠囊光源的入射光相同的偏振方向，正交偏振光譜具有與來(lái)自膠囊光源的入射光垂 直的偏振方向。如前所述，在如下文章中已經(jīng)公開(kāi)了通過(guò)使用偏振光來(lái)確定組織的血 紅蛋白含量的技術(shù)Y. L. Kim、Y. Liu、R. K. Wali、H. K. Roy、Μ. J. Goldberg、A. K. Kromin, K.Chen 禾口 V.Backman 的 Simultaneousmeasurement of angular and spectral properties of lightscattering for characterization of tissue microarchitecture and itsalteration in early precancer, IEEE J. Sel. Top.Quant.Elec. , Vol.9, 243-256(2003)以及 Μ. P. SiegeU Y. L. Kim, H. K. Roy, R. K. Wali 禾口 V. Backman 的 Assessment of blood supply in superficialtissue by polarization-gated elastic light-scattering spectroscopy, Applied Optics, Vol. 45，335-342 (2006)，這些文章的 全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。在本實(shí)施方式中，在膠囊10中進(jìn)行第一偏振光譜、即水平偏振光譜與垂直偏振光 譜之間的差分運(yùn)算，并且將結(jié)果發(fā)送至處理單元16。根據(jù)本發(fā)明可以適當(dāng)?shù)剡x擇在處理單 元16中或其它外部裝置中進(jìn)行差分運(yùn)算，由此，由膠囊10將表示水平偏振光譜和垂直偏振 光譜的數(shù)據(jù)發(fā)送至處理單元16?，F(xiàn)在，參照?qǐng)D2，其示出了圖解本發(fā)明的典型膠囊10的構(gòu)造的剖視圖。可以看出， 膠囊10包括外殼(enclosure) 20，在該外殼20內(nèi)裝入裝置的部件。外殼20被設(shè)計(jì)成具有 比較容易使患者吞服的尺寸，并且通?？梢跃哂屑sIOmm的直徑。在外殼20內(nèi)可以包含血液含量檢測(cè)器22，該血液含量檢測(cè)器22包括借助于光學(xué) 檢測(cè)器用于確定活體組織的血液含量的多個(gè)部件。因此，血液含量檢測(cè)器22具有光檢測(cè)器 28和包括例如白色LED 26的光源24。光路沿箭頭A的方向行進(jìn)，其中，在廣角光穿過(guò)使光偏振的線(xiàn)性偏振元件34之后，廣角光被光吸收構(gòu)件30吸收，從而僅窄角光(接近平行光) 能夠穿過(guò)開(kāi)口 32。通過(guò)減小開(kāi)口 32的尺寸，也可以減小組織的被照明區(qū)域。例如，照明區(qū) 域的合適尺寸可以在約0. Imm2至IOOmm2的范圍內(nèi)。之后，偏振光穿過(guò)透鏡36，并且沿著透鏡的焦距位置布置開(kāi)口 32和線(xiàn)性偏振元件 34。因此，來(lái)自光源24的光是照射到組織的小區(qū)域的窄角光。此外，可以通過(guò)使用透鏡改 變平行光的行進(jìn)方向，以經(jīng)由測(cè)量窗口 38引導(dǎo)該平行光，從而將該平行光照射到患者體內(nèi) 的活體組織40。來(lái)自活體組織40和活體組織40中所包含的血紅蛋白的交互光作為具有特定反射角的光沿著箭頭B的方向返回光檢測(cè)器28?？梢钥闯?，返回的交互光再次穿過(guò)光學(xué)光 路轉(zhuǎn)換器36，之后，光穿過(guò)兩個(gè)線(xiàn)性偏振元件、即彼此正交的第一線(xiàn)性偏振元件42和第二 線(xiàn)性偏振元件44。這樣，線(xiàn)性偏振元件42和44透射彼此垂直的偏振光束，并且光接收部 件28的第一線(xiàn)性偏振元件42的偏振方向與照明部件24的線(xiàn)性偏振元件34的偏振方向 相同，第二線(xiàn)性偏振元件44中穿過(guò)的是與其正交的偏振光譜。由透射光柵(transmissive grating)46使已經(jīng)穿過(guò)線(xiàn)性偏振元件42、44的光束沿光的各波長(zhǎng)的不同擴(kuò)散角的方向繼 續(xù)傳遞。然后，通過(guò)光傳感器48感測(cè)到這些光。這樣，光的各波長(zhǎng)成分都能夠到達(dá)光傳感器48上的不同位置，該光傳感器48能夠 使光譜(spectroscopy)處于兩種偏振狀態(tài)水平偏振光譜和垂直偏振光譜。然后，所測(cè)量 的光譜數(shù)據(jù)被發(fā)送至數(shù)據(jù)發(fā)送器50，在該數(shù)據(jù)發(fā)送器50，數(shù)據(jù)被發(fā)送至圖1的處理單元16。 電源52為膠囊10的部件供電?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖3，其示出了圖解處理單元16內(nèi)所執(zhí)行的功能的方框圖。首先，存在經(jīng) 由天線(xiàn)56接收來(lái)自膠囊10 (圖1)的信息和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收部件54。在本實(shí)施方式中，盡 管期望使用無(wú)線(xiàn)電發(fā)送，但是根據(jù)本發(fā)明也可以利用例如聲波或紅外線(xiàn)方案等備選技術(shù)發(fā) 送數(shù)據(jù)。在這種情況下，膠囊中的數(shù)據(jù)發(fā)送器和處理單元中的數(shù)據(jù)接收器需要被相應(yīng)地設(shè) 置成符合另一種技術(shù)。將由數(shù)據(jù)接收器54接收到的數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)預(yù)處理器58。數(shù)據(jù)預(yù)處理器58進(jìn)行 白色修正(white correction)。式(1)示出了白色修正的示例。(1) ΔΙο(λ) = Δ I (λ)/Δ Iw(A) = (I11 (λ)_Ι± (λ))/ (Iw11 (A)+Iw± (λ))在式(1)中，λ表示波長(zhǎng)。Δ I (λ)表示所測(cè)量的偏振光譜的差值。AIwU)是 通過(guò)使用公知的標(biāo)準(zhǔn)白板測(cè)量到的光譜，如式(1)的分母所示，AIwU)是通過(guò)求白色水 平偏振光譜Ι (λ)和白色垂直偏振光譜Iw± (λ)的和來(lái)算出的。在式⑴的分子中，水 平偏振光譜I11 ( λ )和垂直偏振光譜I ± ( λ )之間的差值是在數(shù)據(jù)發(fā)送器50中算出的，并 且表示Δ I ( λ )的信號(hào)被數(shù)據(jù)發(fā)送器50發(fā)送至處理單元16。血液含量估值器60通過(guò)使用下式(2)來(lái)算出血液含量，例如在M.P.Siegel、 Y. L. Kim> H. K. Roy> R. K. Wali 禾口 V. Backman 的 Assessment of blood supply in superficial tissue bypolarization-gated elastic light-scattering spectroscopy, AppliedOptical，Vol. 45，335-342 (2006)中示出 了該式(2)。 (2) Δ I ( λ ) = Δ Iscattering ( λ ) exp [- α Apg ( λ )] 如上所述，血液含量估值器60通過(guò)使用如式(2)等模型方程來(lái)算出血液含量，并 且將相應(yīng)的血液含量值提供給例如顯示器62等指示器。然后可以由顯示器62將相應(yīng)的血液特征信息顯示給使用者。另外，電源64用于為處理單元16提供電力，控制器66用于執(zhí) 行處理和顯示信息所需的各種控制功能?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖4，其示出了膠囊10的典型實(shí)施方式的示意圖，其中，外殼20的截面為 大致橢圓形狀。因?yàn)橥鈿?0具有大致橢圓形狀，因此，當(dāng)沿著較大曲率延伸的區(qū)域B在腸 道中來(lái)回移動(dòng)時(shí)，區(qū)域B比沿著較小曲率延伸的區(qū)域A易于沿著組織定位。因此，測(cè)量窗口 38被布置在沿著較大曲率的區(qū)域B中。暫時(shí)返回圖2，可以看出測(cè)量窗口 38被布置在向下的位置。測(cè)量窗口 38被布置在 圖2中的該位置，并且透鏡36、光源24和光檢測(cè)器28被布置在裝置的面對(duì)測(cè)量窗口 38的 位置，以使照明光指向活體組織40的期望位置。雖然前面的典型實(shí)施方式中的膠囊10通過(guò)膠囊外殼20的特征形狀來(lái)定向測(cè)量窗 口，但是，另一典型實(shí)施方式借助于膠囊外殼20的重量平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)正確的定向。
因此，轉(zhuǎn)至圖5，其示出了外殼20自身的截面為圓形并且配重68被設(shè)置為接近測(cè) 量窗口 38的膠囊10。配重68被設(shè)置在遠(yuǎn)離膠囊10的中心的位置。如圖5所示，當(dāng)重心偏 離外殼20的中心時(shí)，外殼20的在偏離方向上的外表面很可能與患者的活體組織40接觸。因此，本實(shí)施方式中的測(cè)量窗口 38被定位成沿著膠囊外殼20的在偏離方向上的 外表面，從而將測(cè)量窗口 38定位在與活體組織40接觸的期望位置，從而獲得與圖4中的實(shí) 施方式相同的效果，本實(shí)施方式與前面的實(shí)施方式的差別在于本實(shí)施方式的膠囊10的定 向是通過(guò)增加配重68而實(shí)現(xiàn)的，而在前面的實(shí)施方式中，期望的定向是通過(guò)膠囊10自身的 形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖6，其示出了圖解圖2的典型實(shí)施方式的剖視圖，用與圖2所用的附圖 標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示對(duì)應(yīng)的特征。然而，可以看出在圖6中增加了配重68，為了使光 適當(dāng)?shù)刂赶蚧铙w組織40并且接收返回的反射光，配重68被布置在測(cè)量窗口 38的兩側(cè)，從 而將膠囊10定向成與活體組織40接觸。配重68可以由例如不銹鋼等金屬或者具有較大比重的玻璃制成。即使當(dāng)膠囊10 的形狀是如圖4所示的橢圓形狀時(shí)，測(cè)量窗口 38仍然可以借助于配重位于任意給定的位 置。如圖7A和圖7B可以看出，即使測(cè)量窗口不能被布置或定位在如圖7A所示的期望位置， 仍然可以如圖7B所示進(jìn)行測(cè)量?？梢钥闯?，配重68的重量不是特定的，而是可以根據(jù)膠囊 的設(shè)計(jì)而變化。當(dāng)膠囊10被布置在與豎直方向垂直設(shè)置的平坦面板上時(shí)，可以確定測(cè)量窗 口面朝下。接下來(lái)轉(zhuǎn)至圖8，其示出了圖解本發(fā)明的又一個(gè)典型實(shí)施方式的剖視圖。在本實(shí)施 方式中，不是使用配重，而是通過(guò)使膠囊10的重心偏離膠囊10的中心即通過(guò)改變膠囊10 內(nèi)的布局來(lái)實(shí)現(xiàn)膠囊10的期望定向。在圖8中，可以通過(guò)在上部位置局部地放置中空或輕 質(zhì)部分46而使重心偏離，從而使測(cè)量窗口 38面朝下以接觸活體組織40。現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖9A至圖9D，其示出了本發(fā)明的又一個(gè)典型實(shí)施方式。在本實(shí)施方式 中存在由透明材料構(gòu)成以允許光透過(guò)的外膠囊72。在外膠囊72內(nèi)布置可動(dòng)的內(nèi)模塊74， 該內(nèi)模塊74中安裝有血液含量檢測(cè)器22。圖9A是內(nèi)模塊74的剖視圖，圖9B是外膠囊72 的剖視圖。在圖9C中，可以看出內(nèi)模塊74被可動(dòng)地安裝在外膠囊72內(nèi)。內(nèi)模塊74的移 動(dòng)可以通過(guò)未示出的例如萬(wàn)向節(jié)(gimbal)配置來(lái)完成，該配置可以是允許血液含量檢測(cè) 器22在其中移動(dòng)的傳統(tǒng)安裝機(jī)構(gòu)。
在圖9D中，其示出了沿圖9C中的線(xiàn)9D-9D截取的剖視圖，其中示出了內(nèi)模塊74 從位置X到位置Y的移動(dòng)。因此，在位置X，可以看出測(cè)量窗口 38位于側(cè)面而不是面對(duì)活體 組織40，而測(cè)量窗口 38面對(duì)活體組織40是讀取活體組織40中的血流量的必須位置。因 此，操作配重68，以使內(nèi)模塊74位于位置Y，在位置Y，外膠囊72內(nèi)的內(nèi)模塊74的自由移動(dòng) 將測(cè)量窗口 38再次定位在與活體組織40接觸以讀取血液含量的期望位置。在本實(shí)施方式 中，外膠囊72可以具有截面為大致圓形的橢圓形狀或者其它可能的形狀?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖10，其示出了本發(fā)明的為了使膠囊10進(jìn)一步小型化而用鏡配置代替 透鏡(圖2)的示意圖。因此，在本實(shí)施方式的情況下，在光源24所發(fā)射的光穿過(guò)窗口 38 到達(dá)活體組織40的過(guò)程中，該光被兩個(gè)鏡、即第一鏡76和第二鏡78反射。以類(lèi)似的方式， 來(lái)自活體組織40的交互光在到達(dá)光檢測(cè)器82之前被兩個(gè)鏡、即共用的第二鏡78和第三鏡 80反射?？梢钥闯鲧R的光軸是傾斜的或者相對(duì)于測(cè)量窗口呈非90度的角度，從而消除來(lái)自 測(cè)量窗口 38的表面的反射。在本實(shí)施方式中，分光器適合用于光檢測(cè)器82。在圖10的實(shí)施方式中，從光源24以與第一鏡76和第二鏡78的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸(對(duì) 應(yīng)于光軸)平行的方式發(fā)射照明光(偏振光)。所發(fā)射的光穿過(guò)形成于第一鏡76的中心 的孔到達(dá)活體組織40的表面。與活體組織40交互作用后的光被第二鏡78和第三鏡80反 射，并且到達(dá)分光器(光檢測(cè)器82)?；铙w組織40的表面位于第一鏡76和第二鏡78的組 合焦點(diǎn)(combined focus)，使得散射光到達(dá)分光器的位置隨散射角而變化。此外，散射光在 分光器附近變成與光軸平行。鏡應(yīng)當(dāng)被配置成使得當(dāng)物點(diǎn)(object point)是組合焦點(diǎn)時(shí)，第一鏡76的(虛像 的)像點(diǎn)與“第二鏡78的焦點(diǎn)”重合。這里，第一鏡76是雙曲面鏡，第二鏡78是拋物面鏡， 可以減小光學(xué)像差?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖11，其示出了與圖10的實(shí)施方式的示意圖類(lèi)似的示意圖，然而，鏡的 光軸與膠囊10的外層垂直并且測(cè)量窗口 38是楔形的透明構(gòu)件。本實(shí)施方式能夠減少穿過(guò) 測(cè)量窗口 38的雜散光，并且不必像圖8的實(shí)施方式那樣傾斜鏡的光軸，從而簡(jiǎn)化了膠囊10 的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖12，其示出了本發(fā)明的膠囊10的簡(jiǎn)化剖視圖，為了解釋本實(shí)施方式， 相對(duì)于例如圖2簡(jiǎn)化了圖12，需要理解，圖12的膠囊10可以具有與根據(jù)圖2說(shuō)明的部件類(lèi) 似的部件。同樣，圖12的膠囊10包括膠囊20、血液含量檢測(cè)器22、照明部件16、光接收部 件28和被示出為與活體組織40接觸的測(cè)量窗口 38。如上所述，對(duì)于膠囊，為了獲得組織中的血液含量的有效讀數(shù)，重要的是使裝置與 活體組織40實(shí)際接觸。在本實(shí)施方式中，存在當(dāng)膠囊10和患者的活體組織40之間存在實(shí) 際接觸時(shí)提醒使用者的接觸檢測(cè)器。作為可選方案，可以存在感測(cè)膠囊10接近活體組織40 的接近檢測(cè)器，該接近檢測(cè)器包括接觸預(yù)測(cè)部件，當(dāng)即將實(shí)際接觸時(shí)，該接觸預(yù)測(cè)部件向整 個(gè)系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)始測(cè)量活體組織40中的血液含量的命令。這里使用的術(shù)語(yǔ)“接近檢測(cè)器”指 的是感測(cè)膠囊靠近或即將接近活體組織的檢測(cè)器，其中，接近是指在膠囊和活體組織之間 存在實(shí)際接觸的點(diǎn)。因此，在圖12中，在一個(gè)典型實(shí)施方式中，存在由例如攝像頭等圖像傳感器84構(gòu) 成的接近檢測(cè)器，該接近檢測(cè)器沿著如下路徑指向活體組織32 該路徑通常接近照明部件 16指向活體組織32的照明路徑。圖像傳感器84能夠經(jīng)由測(cè)量窗口 38或備選窗口接收活體組織40的圖像。圖像傳感器84包括用于分析來(lái)自圖像傳感器84的圖像的圖像分析儀 86?；旧?，當(dāng)圖像傳感器變得太靠近目標(biāo)而與該目標(biāo)接觸時(shí)，整個(gè)捕捉的圖像呈現(xiàn) 在大致單色范圍內(nèi)。在活體組織的情況下，該單色范圍典型地是紅色，并且該現(xiàn)象被稱(chēng)為 “紅視(redout) ”。因此，可以在圖像分析儀86中通過(guò)比較信號(hào)值和紅色平均閾值來(lái)分析該 圖像。通過(guò)這種方式，系統(tǒng)可檢測(cè)到膠囊10和患者的活體組織40之間的接觸。然后，在實(shí) 際接觸已得到驗(yàn)證的情況下，可以由圖像分析儀86無(wú)線(xiàn)地發(fā)送信號(hào)，以使膠囊10的照明部 件(光源)24的光強(qiáng)度能夠被加強(qiáng)，以獲得該組織中的血液含量的讀數(shù)。如上所述，當(dāng)感測(cè)到紅視條件時(shí)，照明部件24的光強(qiáng)度立即增強(qiáng)到足夠用于光譜測(cè)定法和進(jìn)行血液測(cè)量的水平。測(cè)量后，照明部件24的光強(qiáng)度快速回到測(cè)量前的值。在另一典型實(shí)施方式中，接近檢測(cè)器可以是位于膠囊10的外接觸面上的機(jī)械檢 測(cè)器(mechanical detector) 88,并且機(jī)械檢測(cè)器88能夠感測(cè)到膠囊10和活體組織40之 間的機(jī)械接觸。接近傳感器的另一個(gè)備選實(shí)施方式包括電磁信號(hào)傳感器90、激光器92和激 光檢測(cè)器94、壓電裝置96、和光檢測(cè)器98。作為強(qiáng)度檢測(cè)器的備選實(shí)施方式，可以是用于檢測(cè)膠囊10和活體組織40之間的 距離的系統(tǒng)，使得距離確定部件可以預(yù)測(cè)膠囊10與活體組織實(shí)際接觸所需要的時(shí)間，并且 該系統(tǒng)可以發(fā)信號(hào)通知測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行接觸時(shí)的測(cè)量。轉(zhuǎn)至圖13，一起參照?qǐng)D13和圖12，從距離傳感器發(fā)送的信號(hào)被連續(xù)地監(jiān)控以用于 確定膠囊和活體組織之間的距離。圖13繪出了膠囊10和活體組織40之間的距離(D)與 時(shí)間(t)的關(guān)系?？梢钥闯?，隨著時(shí)間的推移，距離變窄到時(shí)間tl處，時(shí)間tl是距離檢測(cè) 處理器已經(jīng)確定出實(shí)際接觸即將來(lái)臨的點(diǎn)。因此，在tl處，在根據(jù)時(shí)間軸的趨勢(shì)對(duì)距離進(jìn) 行下一步測(cè)量之前，距離檢測(cè)處理器確定膠囊可能與活體組織接觸，處理器命令測(cè)量系統(tǒng) 開(kāi)始血流量的測(cè)量。因此，在時(shí)間t2處，進(jìn)行實(shí)際測(cè)量?？梢哉{(diào)整所有系統(tǒng)操作的時(shí)間表，使得命令開(kāi)始實(shí)際測(cè)量的時(shí)間完全等于直到膠 囊與活體組織接觸的預(yù)期時(shí)間。以這樣的方式控制測(cè)量系統(tǒng)使得即使當(dāng)膠囊與活體組織接 觸時(shí)也能夠精確測(cè)量。事實(shí)上，接觸所經(jīng)歷的時(shí)間不總是與實(shí)際接觸的時(shí)間匹配。因此，系統(tǒng)可以具有用 于監(jiān)控測(cè)量結(jié)果以及基于不同組測(cè)量數(shù)據(jù)之間的波動(dòng)或者通過(guò)對(duì)比最終結(jié)果和預(yù)定閾值 來(lái)評(píng)估測(cè)量結(jié)果對(duì)于后續(xù)步驟的適用性的部件。當(dāng)考慮侵入程度和患者的可接受性時(shí)，膠囊測(cè)量型裝置是非常理想的，然而，膠囊 測(cè)量型裝置在使用時(shí)必須精確。由制造過(guò)程中的制造誤差所引起的分光誤差是可以校正的 (這意味著將校正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在膠囊中)。然而，不能應(yīng)對(duì)由于運(yùn)輸過(guò)程中的振動(dòng)以及照明的 分光特性隨時(shí)間的變化而引起的光學(xué)元件的分光測(cè)量值的誤差。因此，膠囊在使用前能夠 易于校準(zhǔn)是非常重要的。因此，轉(zhuǎn)至圖14，其示出了滿(mǎn)足這些要求的校準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。特別地，膠囊10被 保護(hù)罩100覆蓋以維持膠囊10的消過(guò)毒的狀態(tài)。保護(hù)罩100可以由允許消毒氣體穿過(guò)但是 不允許細(xì)菌滲透的透明材料制成。保護(hù)罩100包括白光擴(kuò)散板(diffuse!· plate) 102，該白 光擴(kuò)散板102被布置在保護(hù)罩100的內(nèi)側(cè)以用作校準(zhǔn)部件?？梢钥闯觯瑥恼彰鞑考?4發(fā)射 的光束被白光擴(kuò)散板102擴(kuò)散和反射，并且指向光接收部件28，測(cè)量Iw ( λ )并且將Iw ( λ )發(fā)送至數(shù)據(jù)處理部件58 (圖1)，其中，IwU )被用于在數(shù)據(jù)處理部件中進(jìn)行計(jì)算的等式中。因此，在本實(shí)施方式中，由于膠囊10利用固定于其上的保護(hù)罩100來(lái)維持消過(guò) 毒的狀態(tài)，因此，使用者在使用裝置前能夠進(jìn)行校準(zhǔn)，然后從槽口(notch) 104移除保護(hù)罩 100，并且能夠在消過(guò)毒和校準(zhǔn)過(guò)的狀態(tài)下使用膠囊10。另外，由于校準(zhǔn)部件被設(shè)置在保護(hù)罩100內(nèi)，所以可以在膠囊10的外表面附近進(jìn) 行校準(zhǔn)。由于可以通過(guò)使膠囊10的外表面與患者的活體組織接觸來(lái)測(cè)量血液量，因此，能 夠在與實(shí)際使用幾乎相同的狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)高精度的校準(zhǔn)。此外，由于保護(hù)罩 100和白光擴(kuò)散板102被集成為一個(gè)單元，因此，使用者不必使校準(zhǔn)部件的位置與膠囊10的 位置對(duì)齊，從而能夠簡(jiǎn)單容易地操作。最后轉(zhuǎn)至圖15，其示出了本發(fā)明的校準(zhǔn)系統(tǒng)的又一典型實(shí)施方式。在本實(shí)施方式 中，存在包含膠囊10的容器105，并且白光擴(kuò)散板102被布置在容器105內(nèi)。在圖13中的 開(kāi)口位置示出容器105。容器105具有形狀與膠囊10的形狀相像的凹部106，并且可以通 過(guò)將膠囊10放置在凹部106內(nèi)來(lái)完成定位。保護(hù)罩100的至少被從光源24發(fā)射的光到達(dá)的部分由對(duì)于照明光的波長(zhǎng)透明的 材料制成。如圖12的實(shí)施方式那樣，通過(guò)使用白光擴(kuò)散板102來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。 在本實(shí)施方式中，在使用膠囊10之前，使用者進(jìn)行校準(zhǔn)，并且通過(guò)從槽口 104(圖 14)移除保護(hù)蓋100，使用者同樣具有消過(guò)毒和校準(zhǔn)過(guò)的膠囊10。另外，當(dāng)與圖14的實(shí)施方式比較時(shí)，因?yàn)榘坠鈹U(kuò)散板102被布置在容器104內(nèi)，因 此，用于白光擴(kuò)散板102的材料可以更為廣泛，從而降低了校準(zhǔn)系統(tǒng)的成本。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn) 是可以在打開(kāi)容器104之前進(jìn)行校準(zhǔn)，這可以消除包括室內(nèi)光的外部光的影響。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地認(rèn)識(shí)到對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的各種修改和變型，并獲得改 進(jìn)的裝置和使用該裝置的方法，但是所有這些將落入所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍和構(gòu)思 內(nèi)。因此，本發(fā)明應(yīng)僅由所附權(quán)利要求書(shū)及其等同進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
一種包括膠囊(10)的裝置，所述膠囊(10)具有血液含量檢測(cè)器(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括布置在所述膠囊中的圖 像捕捉裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述血液含量檢測(cè)器(22)是光學(xué)檢測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括形成于所述膠囊(10)的 測(cè)量窗口(38)，所述光學(xué)檢測(cè)器(22)被布置成與所述測(cè)量窗口(38)相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述膠囊(10)具有如下的構(gòu)造當(dāng)在活 的有機(jī)體內(nèi)使用所述膠囊(10)時(shí)，使所述測(cè)量窗口(38)與活體組織接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述構(gòu)造包括便于在活的有機(jī)體內(nèi)定位 所述測(cè)量窗口(38)的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述構(gòu)造包括利用重力而便于在活的有 機(jī)體內(nèi)定位所述測(cè)量窗口(38)的重心。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括實(shí)現(xiàn)所述重心的至少一 個(gè)配重(68)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述血液含量檢測(cè)器(22)能在所述膠囊 (10)內(nèi)選擇性地移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括可動(dòng)地布置在所述膠囊 (10)內(nèi)的模塊(74)，所述血液含量檢測(cè)器(22)被安裝至所述模塊(74)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述膠囊(10)的至少一部分具有圓形 的截面形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述膠囊(10)的至少一部分具有橢圓 形的截面形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括萬(wàn)向節(jié)，所述血液含量 檢測(cè)器(22)被安裝至所述萬(wàn)向節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括配置于所述膠囊(10) 的至少一個(gè)測(cè)量窗口(38)，所述血液含量檢測(cè)器(22)是光學(xué)檢測(cè)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述血液含量檢測(cè)器(22)包括光源和 光檢測(cè)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述血液含量檢測(cè)器(22)還包括至少 一個(gè)反射體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)反射體被定位在所述膠 囊(10)內(nèi)，以將由所述光源(24)產(chǎn)生的光經(jīng)由所述測(cè)量窗口(38)反射到活體組織的表面 上。
18.一種能在活的有機(jī)體的內(nèi)腔中一次性使用的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括血液含量檢測(cè)器(22)；和接近檢測(cè)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測(cè)器電連接到所述血液含 量檢測(cè)器(22)，用于將致動(dòng)信號(hào)傳遞給所述血液含量檢測(cè)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述血液含量檢測(cè)器(22)和所述接近檢測(cè)器被布置在內(nèi)窺鏡中。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述血液含量檢測(cè)器(22)和所述接近 檢測(cè)器被布置在膠囊(10)內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測(cè)器是機(jī)械檢測(cè)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測(cè)器是光學(xué)檢測(cè)器。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測(cè)器是電磁信號(hào)傳感器。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測(cè)器位于所述系統(tǒng)的用于 與活體組織接觸的表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)檢測(cè)器包括激光器和激光檢 測(cè)器。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁信號(hào)傳感器是壓電裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)檢測(cè)器是圖像傳感器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像傳感器通過(guò)位于大致單色范 圍內(nèi)的圖像的比例來(lái)檢測(cè)對(duì)活體組織的接近。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像傳感器通過(guò)確定所感測(cè)的圖 像何時(shí)位于大致單色范圍內(nèi)來(lái)檢測(cè)與活體組織的接觸。
31.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述單色范圍為紅色。
32.—種致動(dòng)血液含量檢測(cè)系統(tǒng)的方法，所述方法包括將血液含量檢測(cè)器(22)定位在活的有機(jī)體的內(nèi)腔中；檢測(cè)所述血液含量檢測(cè)器(22)相對(duì)于所述內(nèi)腔的壁的接近；產(chǎn)生接近信號(hào)；和當(dāng)所述接近信號(hào)滿(mǎn)足觸發(fā)條件時(shí)，觸發(fā)所述血液含量檢測(cè)器(22)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，由內(nèi)窺鏡或膠囊(10)來(lái)進(jìn)行所述定位。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，通過(guò)機(jī)械檢測(cè)、光學(xué)檢測(cè)或電磁感測(cè)來(lái) 進(jìn)行所述檢測(cè)。
35.一種血液含量檢測(cè)器用的校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述校準(zhǔn)系統(tǒng)包括用于容納內(nèi)含血液含量檢測(cè)器(22)的膠囊的容器；布置在所述容器內(nèi)的照明反射體。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)系統(tǒng)還包括處理器；和與所述處理器相連的收發(fā)器，所述收發(fā)器用于向所述膠囊(10)發(fā)送數(shù)據(jù)以及從所述 膠囊(10)接收數(shù)據(jù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述照明反射體是擴(kuò)散板。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述容器是所述膠囊(10)用的保 護(hù)罩(100)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，在校準(zhǔn)過(guò)程中，所述保護(hù)罩(100) 形成圍繞所述膠囊(10)的消毒壁壘。
40.一種具有血液含量檢測(cè)器(22)的膠囊(10)用的校準(zhǔn)方法，所述校準(zhǔn)方法包括將所述膠囊(10)配置在校準(zhǔn)容器中；使所述膠囊(10)的光源照射所述容器的校準(zhǔn)區(qū)域； 基于從所述校準(zhǔn)區(qū)域所檢測(cè)到的光特性產(chǎn)生信號(hào)；和 基于所產(chǎn)生的信號(hào)確定至少一個(gè)校準(zhǔn)因子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于確定患者的活的有機(jī)體內(nèi)的活體組織中的血液含量以檢測(cè)腫瘤的膠囊(10)。膠囊(10)包括用于使光指向組織的光源和用于接收來(lái)自組織的交互光的光檢測(cè)器。通過(guò)分析交互光，可確定組織的血液含量。存在多種將膠囊(10)定位成使得膠囊(10)在光源(24)和光檢測(cè)器(28)的期望定向上與組織接觸的方法。本發(fā)明還提供一種用于確定膠囊和組織之間的實(shí)際接觸的系統(tǒng)。還使用一種在使用膠囊(10)之前允許能夠容易和精確地進(jìn)行的自身校準(zhǔn)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101848673SQ20088011505
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者后野和弘, 菅武志 申請(qǐng)人:奧林巴斯醫(yī)療株式會(huì)社