專利名稱：膠囊血液檢測系統(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、定位和校 準用于活體患者的膠囊型內(nèi)窺鏡，以利用血液含量(blood content)檢測來定位和確定活 體組織中的異常。
背景技術(shù)：
長久以來，內(nèi)科醫(yī)生使用內(nèi)窺鏡進入患者體內(nèi)的區(qū)域以在該部位實現(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，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)生對患者進行一 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地增多，該現(xiàn)象 被稱作血液供應(yīng)的早期增加(EIBS)。上述文章的內(nèi)容通過引用包含于此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種能夠測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)的對應(yīng)專利申請中 作了說明，該專利申請通過引用包含于此。該裝置可使醫(yī)生和臨床醫(yī)師能夠檢測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器，其中光源向表面黏膜的區(qū)域發(fā)射偏 振光，光檢測器接收與組織和組織內(nèi)包含的血紅蛋白交互作用的光。來自組織的交互作用 后的光(interacted light，下文稱為“交互光”)以與所發(fā)射的光的偏振角不同的偏振角 返回。所檢測的交互光的該返回角度和大小是可以測量的，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使用這些信息。在如 下文章中已經(jīng)公開了通過使用偏振光來測量血紅蛋白的技術(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)，這些文章的全部內(nèi)容通過引用包含于此。然而，該膠囊所面臨的一個問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，以使光源和光檢測器精確地檢測血液含量。同樣地，因為膠囊本身在患者體 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 囊的另一個問題是更重要的是存在某個驗證接觸的存在的系統(tǒng)，使得膠囊能夠確實獲得 該組織中的血液含量的正確信息。同樣，重要的是存在某個膠囊型血液含量檢測系統(tǒng)用的 校準系統(tǒng)，該校準系統(tǒng)是非常可靠的并且能夠在患者使用前被現(xiàn)場使用。本發(fā)明提供克服這些問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)具有血液含量檢測器。血液含量檢測器包括以如下方式 定向的光源和光檢測器來自光源的偏振白光穿過形成在膠囊中的測量窗口以照射到患者 的活體組織上，這里，由光檢測器檢測來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，該信號被 發(fā)送至例如計算機等數(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際接觸并且使得光照 射到組織的多種部件。為此，一個實施方式利用膠囊的形狀來實現(xiàn)期望的定向。另一個實 施方式提供戰(zhàn)略上位于膠囊內(nèi)的配重(weight)來實現(xiàn)期望的定向，又一個實施方式具有 安裝在內(nèi)模塊內(nèi)的血液含量檢測器，該內(nèi)模塊可在外膠囊內(nèi)移動。在一個典型實施方式中， 為了使膠囊進一步小型化，設(shè)置鏡以將光從照明部件引導(dǎo)到光接收部件。本發(fā)明還包括接近檢測器(proximity detector)，該接近檢測器檢測膠囊檢測器 與活體組織的接近，特別地，該接近檢測器驗證膠囊和該組織之間何時存在實際接觸。接近 檢測器可以是多種類型并可以包括距離檢測系統(tǒng)，該距離檢測系統(tǒng)確定膠囊和活體組織之 間的距離，使得當(dāng)實際接觸即將來臨時能夠提供信號，從而在接觸時能夠進行血液含量的 測量。最后，存在能夠在使用之前容易地和精確地校準膠囊的校準系統(tǒng)。在以下結(jié)合附圖的具體說明的過程中，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點將變得更 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)明的另一個典型實施方式的剖視圖。圖6是示出本發(fā)明的又一個典型實施方式的剖視圖。圖7A至圖7B是示出使用配重來定位本發(fā)明的血液含量檢測器的示例的剖視圖。
圖8是示出相對于圖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)來自患者組織的光和引導(dǎo)光行進到患者組織的 本發(fā)明的替換實施方式的示意圖。圖11是在光路中使用鏡的另一典型實施方式的示意圖。圖12是具有多種接近檢測系統(tǒng)的膠囊的剖視圖。圖13是描述時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)明的校準系統(tǒng)的剖視圖。圖15是示出可使用本發(fā)明的替換校準系統(tǒng)的剖視圖。
具體實施例方式首先，參照圖1，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，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無線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，被稱為水平偏振的水平偏振光譜具有與來 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)公開了通過使用偏振光來確定組織的血 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 全部內(nèi)容通過引用包含于此。在本實施方式中，在膠囊10中進行第一偏振光譜、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行差分運算，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，參照圖2，其示出了圖解本發(fā)明的典型膠囊10的構(gòu)造的剖視圖?？梢钥闯觯?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器22，該血液含量檢測器22包括借助于光學(xué) 檢測器用于確定活體組織的血液含量的多個部件。因此，血液含量檢測器22具有光檢測器 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，其中，在廣角光穿過使光偏振的線性偏振元件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) 能夠穿過開口 32。通過減小開口 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，偏振光穿過透鏡36，并且沿著透鏡的焦距位置布置開口 32和線性偏振元件 34。因此，來自光源24的光是照射到組織的小區(qū)域的窄角光。此外，可以通過使用透鏡改 變平行光的行進方向，以經(jīng)由測量窗口 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的方向返回光檢測器28?？梢钥闯觯祷氐慕换ス庠俅未┻^光學(xué)光 路轉(zhuǎn)換器36，之后，光穿過兩個線性偏振元件、即彼此正交的第一線性偏振元件42和第二 線性偏振元件44。這樣，線性偏振元件42和44透射彼此垂直的偏振光束，并且光接收部 件28的第一線性偏振元件42的偏振方向與照明部件24的線性偏振元件34的偏振方向 相同，第二線性偏振元件44中穿過的是與其正交的偏振光譜。由透射光柵(transmissive grating)46使已經(jīng)穿過線性偏振元件42、44的光束沿光的各波長的不同擴散角的方向繼 續(xù)傳遞。然后，通過光傳感器48感測到這些光。這樣，光的各波長成分都能夠到達光傳感器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56接收來自膠囊10 (圖1)的信息和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收部件54。在本實施方式中，盡 管期望使用無線電發(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。Δ I (λ)表示所測量的偏振光譜的差值。AIwU)是 通過使用公知的標準白板測量到的光譜，如式(1)的分母所示，AIwU)是通過求白色水 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通過使用下式(2)來算出血液含量，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通過使用如式(2)等模型方程來算出血液含量，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的典型實施方式的示意圖，其中，外殼20的截面為 大致橢圓形狀。因為外殼20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 道中來回移動時，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，測量窗口 38被布置在沿著較大曲率的區(qū)域B中。暫時返回圖2，可以看出測量窗口 38被布置在向下的位置。測量窗口 38被布置在 圖2中的該位置，并且透鏡36、光源24和光檢測器28被布置在裝置的面對測量窗口 38的 位置，以使照明光指向活體組織40的期望位置。雖然前面的典型實施方式中的膠囊10通過膠囊外殼20的特征形狀來定向測量窗 口，但是，另一典型實施方式借助于膠囊外殼20的重量平衡來實現(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 量窗口 38的膠囊10。配重68被設(shè)置在遠離膠囊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，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，本實施方式中的測量窗口 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 施方式相同的效果，本實施方式與前面的實施方式的差別在于本實施方式的膠囊10的定 向是通過增加配重68而實現(xiàn)的，而在前面的實施方式中，期望的定向是通過膠囊10自身的 形狀來實現(xiàn)的?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖6，其示出了圖解圖2的典型實施方式的剖視圖，用與圖2所用的附圖 標記相同的附圖標記來表示對應(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，測量窗口 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所示進行測量?？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，可以確定測量窗 口面朝下。接下來轉(zhuǎn)至圖8，其示出了圖解本發(fā)明的又一個典型實施方式的剖視圖。在本實施 方式中，不是使用配重，而是通過使膠囊10的重心偏離膠囊10的中心即通過改變膠囊10 內(nèi)的布局來實現(xiàn)膠囊10的期望定向。在圖8中，可以通過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)明的又一個典型實施方式。在本實施方式 中存在由透明材料構(gòu)成以允許光透過的外膠囊72。在外膠囊72內(nèi)布置可動的內(nèi)模塊74， 該內(nèi)模塊74中安裝有血液含量檢測器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被可動地安裝在外膠囊72內(nèi)。內(nèi)模塊74的移 動可以通過未示出的例如萬向節(jié)(gimbal)配置來完成，該配置可以是允許血液含量檢測 器22在其中移動的傳統(tǒng)安裝機構(gòu)。
在圖9D中，其示出了沿圖9C中的線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。因此，在位置X，可以看出測量窗口 38位于側(cè)面而不是面對活體 組織40，而測量窗口 38面對活體組織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 將測量窗口 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，在本實施方式的情況下，在光源24所發(fā)射的光穿過窗口 38 到達活體組織40的過程中，該光被兩個鏡、即第一鏡76和第二鏡78反射。以類似的方式， 來自活體組織40的交互光在到達光檢測器82之前被兩個鏡、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于測量窗口呈非90度的角度，從而消除來自 測量窗口 38的表面的反射。在本實施方式中，分光器適合用于光檢測器82。在圖10的實施方式中，從光源24以與第一鏡76和第二鏡78的旋轉(zhuǎn)對稱軸(對 應(yīng)于光軸)平行的方式發(fā)射照明光(偏振光)。所發(fā)射的光穿過形成于第一鏡76的中心 的孔到達活體組織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，并且到達分光器(光檢測器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(combined focus)，使得散射光到達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(object point)是組合焦點時，第一鏡76的(虛像 的)像點與“第二鏡78的焦點”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的實施方式的示意圖類似的示意圖，然而，鏡的 光軸與膠囊10的外層垂直并且測量窗口 38是楔形的透明構(gòu)件。本實施方式能夠減少穿過 測量窗口 38的雜散光，并且不必像圖8的實施方式那樣傾斜鏡的光軸，從而簡化了膠囊10 的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖12，其示出了本發(fā)明的膠囊10的簡化剖視圖，為了解釋本實施方式， 相對于例如圖2簡化了圖12，需要理解，圖12的膠囊10可以具有與根據(jù)圖2說明的部件類 似的部件。同樣，圖12的膠囊10包括膠囊20、血液含量檢測器22、照明部件16、光接收部 件28和被示出為與活體組織40接觸的測量窗口 38。如上所述，對于膠囊，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實際接觸。在本實施方式中，存在當(dāng)膠囊10和患者的活體組織40之間存在實 際接觸時提醒使用者的接觸檢測器。作為可選方案，可以存在感測膠囊10接近活體組織40 的接近檢測器，該接近檢測器包括接觸預(yù)測部件，當(dāng)即將實際接觸時，該接觸預(yù)測部件向整 個系統(tǒng)發(fā)送開始測量活體組織40中的血液含量的命令。這里使用的術(shù)語“接近檢測器”指 的是感測膠囊靠近或即將接近活體組織的檢測器，其中，接近是指在膠囊和活體組織之間 存在實際接觸的點。因此，在圖12中，在一個典型實施方式中，存在由例如攝像頭等圖像傳感器84構(gòu) 成的接近檢測器，該接近檢測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而與該目標接觸時，整個捕捉的圖像呈現(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)象被稱為 “紅視(redout) ”。因此，可以在圖像分析儀86中通過比較信號值和紅色平均閾值來分析該 圖像。通過這種方式，系統(tǒng)可檢測到膠囊10和患者的活體組織40之間的接觸。然后，在實 際接觸已得到驗證的情況下，可以由圖像分析儀86無線地發(fā)送信號，以使膠囊10的照明部 件(光源)24的光強度能夠被加強，以獲得該組織中的血液含量的讀數(shù)。如上所述，當(dāng)感測到紅視條件時，照明部件24的光強度立即增強到足夠用于光譜測定法和進行血液測量的水平。測量后，照明部件24的光強度快速回到測量前的值。在另一典型實施方式中，接近檢測器可以是位于膠囊10的外接觸面上的機械檢 測器(mechanical detector) 88,并且機械檢測器88能夠感測到膠囊10和活體組織40之 間的機械接觸。接近傳感器的另一個備選實施方式包括電磁信號傳感器90、激光器92和激 光檢測器94、壓電裝置96、和光檢測器98。作為強度檢測器的備選實施方式，可以是用于檢測膠囊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)測膠囊10與活體組織實際接觸所需要的時間，并且 該系統(tǒng)可以發(fā)信號通知測量系統(tǒng)開始進行接觸時的測量。轉(zhuǎn)至圖13，一起參照圖13和圖12，從距離傳感器發(fā)送的信號被連續(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 時間(t)的關(guān)系。可以看出，隨著時間的推移，距離變窄到時間tl處，時間tl是距離檢測 處理器已經(jīng)確定出實際接觸即將來臨的點。因此，在tl處，在根據(jù)時間軸的趨勢對距離進 行下一步測量之前，距離檢測處理器確定膠囊可能與活體組織接觸，處理器命令測量系統(tǒng) 開始血流量的測量。因此，在時間t2處，進行實際測量?？梢哉{(diào)整所有系統(tǒng)操作的時間表，使得命令開始實際測量的時間完全等于直到膠 囊與活體組織接觸的預(yù)期時間。以這樣的方式控制測量系統(tǒng)使得即使當(dāng)膠囊與活體組織接 觸時也能夠精確測量。事實上，接觸所經(jīng)歷的時間不總是與實際接觸的時間匹配。因此，系統(tǒng)可以具有用 于監(jiān)控測量結(jié)果以及基于不同組測量數(shù)據(jù)之間的波動或者通過對比最終結(jié)果和預(yù)定閾值 來評估測量結(jié)果對于后續(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，膠囊測量型裝置是非常理想的，然而，膠囊 測量型裝置在使用時必須精確。由制造過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)存儲在膠囊中)。然而，不能應(yīng)對由于運輸過程中的振動以及照明的 分光特性隨時間的變化而引起的光學(xué)元件的分光測量值的誤差。因此，膠囊在使用前能夠 易于校準是非常重要的。因此，轉(zhuǎn)至圖14，其示出了滿足這些要求的校準系統(tǒng)的示意圖。特別地，膠囊10被 保護罩100覆蓋以維持膠囊10的消過毒的狀態(tài)。保護罩100可以由允許消毒氣體穿過但是 不允許細菌滲透的透明材料制成。保護罩100包括白光擴散板(diffuse!· plate) 102，該白 光擴散板102被布置在保護罩100的內(nèi)側(cè)以用作校準部件?？梢钥闯?，從照明部件24發(fā)射 的光束被白光擴散板102擴散和反射，并且指向光接收部件28，測量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)處理部件中進行計算的等式中。因此，在本實施方式中，由于膠囊10利用固定于其上的保護罩100來維持消過 毒的狀態(tài)，因此，使用者在使用裝置前能夠進行校準，然后從槽口(notch) 104移除保護罩 100，并且能夠在消過毒和校準過的狀態(tài)下使用膠囊10。另外，由于校準部件被設(shè)置在保護罩100內(nèi)，所以可以在膠囊10的外表面附近進 行校準。由于可以通過使膠囊10的外表面與患者的活體組織接觸來測量血液量，因此，能 夠在與實際使用幾乎相同的狀態(tài)下進行校準，從而實現(xiàn)高精度的校準。此外，由于保護罩 100和白光擴散板102被集成為一個單元，因此，使用者不必使校準部件的位置與膠囊10的 位置對齊，從而能夠簡單容易地操作。最后轉(zhuǎn)至圖15，其示出了本發(fā)明的校準系統(tǒng)的又一典型實施方式。在本實施方式 中，存在包含膠囊10的容器105，并且白光擴散板102被布置在容器105內(nèi)。在圖13中的 開口位置示出容器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 過將膠囊10放置在凹部106內(nèi)來完成定位。保護罩100的至少被從光源24發(fā)射的光到達的部分由對于照明光的波長透明的 材料制成。如圖12的實施方式那樣，通過使用白光擴散板102來進行校準。 在本實施方式中，在使用膠囊10之前，使用者進行校準，并且通過從槽口 104(圖 14)移除保護蓋100，使用者同樣具有消過毒和校準過的膠囊10。另外，當(dāng)與圖14的實施方式比較時，因為白光擴散板102被布置在容器104內(nèi)，因 此，用于白光擴散板102的材料可以更為廣泛，從而降低了校準系統(tǒng)的成本。另一個優(yōu)點 是可以在打開容器104之前進行校準，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)人員可以容易地認識到對本發(fā)明進行的各種修改和變型，并獲得改 進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)利要求書及其等同進行限制。
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，所述血液含量檢測器(22)是光學(xué)檢測器。
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 測量窗口(38)，所述光學(xué)檢測器(22)被布置成與所述測量窗口(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 的有機體內(nèi)使用所述膠囊(10)時，使所述測量窗口(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體內(nèi)定位 所述測量窗口(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 機體內(nèi)定位所述測量窗口(38)的重心。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括實現(xiàn)所述重心的至少一 個配重(68)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述血液含量檢測器(22)能在所述膠囊 (10)內(nèi)選擇性地移動。
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地布置在所述膠囊 (10)內(nèi)的模塊(74)，所述血液含量檢測器(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，所述裝置還包括萬向節(jié)，所述血液含量 檢測器(22)被安裝至所述萬向節(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) 的至少一個測量窗口(38)，所述血液含量檢測器(22)是光學(xué)檢測器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述血液含量檢測器(22)包括光源和 光檢測器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述血液含量檢測器(22)還包括至少 一個反射體。
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)由所述測量窗口(38)反射到活體組織的表面 上。
18.一種能在活的有機體的內(nèi)腔中一次性使用的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括血液含量檢測器(22)；和接近檢測器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測器電連接到所述血液含 量檢測器(22)，用于將致動信號傳遞給所述血液含量檢測器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述血液含量檢測器(22)和所述接近檢測器被布置在內(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，所述血液含量檢測器(22)和所述接近 檢測器被布置在膠囊(10)內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測器是機械檢測器。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測器是光學(xué)檢測器。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近檢測器是電磁信號傳感器。
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)檢測器包括激光器和激光檢 測器。
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位于大致單色范 圍內(nèi)的圖像的比例來檢測對活體組織的接近。
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確定所感測的圖 像何時位于大致單色范圍內(nèi)來檢測與活體組織的接觸。
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.—種致動血液含量檢測系統(tǒng)的方法，所述方法包括將血液含量檢測器(22)定位在活的有機體的內(nèi)腔中；檢測所述血液含量檢測器(22)相對于所述內(nèi)腔的壁的接近；產(chǎn)生接近信號；和當(dāng)所述接近信號滿足觸發(fā)條件時，觸發(fā)所述血液含量檢測器(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)來進行所述定位。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，通過機械檢測、光學(xué)檢測或電磁感測來 進行所述檢測。
35.一種血液含量檢測器用的校準系統(tǒng)，所述校準系統(tǒng)包括用于容納內(nèi)含血液含量檢測器(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所述的校準系統(tǒng)，其特征在于，所述校準系統(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所述的校準系統(tǒng)，其特征在于，所述照明反射體是擴散板。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的校準系統(tǒng)，其特征在于，所述容器是所述膠囊(10)用的保 護罩(100)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的校準系統(tǒng)，其特征在于，在校準過程中，所述保護罩(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器(22)的膠囊(10)用的校準方法，所述校準方法包括將所述膠囊(10)配置在校準容器中；使所述膠囊(10)的光源照射所述容器的校準區(qū)域； 基于從所述校準區(qū)域所檢測到的光特性產(chǎn)生信號；和 基于所產(chǎn)生的信號確定至少一個校準因子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于確定患者的活的有機體內(nèi)的活體組織中的血液含量以檢測腫瘤的膠囊(10)。膠囊(10)包括用于使光指向組織的光源和用于接收來自組織的交互光的光檢測器。通過分析交互光，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行的自身校準的校準系統(tǒng)。
文檔編號A61B5/00GK101848673SQ20088011505
公開日2010年9月29日 申請日期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 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社