使用數據壓縮的診斷器件的製作方法
2023-05-31 08:44:36 1
專利名稱：使用數據壓縮的診斷器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對諸如消化道進行成像的活體內(in vivo)使用的器件、系統及方法。本發明更具體地涉及一種所傳輸或發送的信息被壓縮的體內試驗的器件、系統及方法。
背景技術：
用來對一身體內的通道或腔道進行成像和用於收集除其他信息(例如，溫度信息、壓力信息)的器件及方法是本領域所公知的。該成像器件與其它器件一樣，包括各種內窺鏡成像系統及器件，用來在各個內部體腔內進行成像。
活體體內使用的成像器件可以包括，例如，一用來從諸如胃腸道等體腔或內腔內獲得圖像的成像系統。該成像系統可以包括，例如，諸如一套發光二極體(LED)那樣的照明裝置或其它適用的光源。該器件可以包括一成像傳感器以及一個光學系統，該光學系統將圖像聚焦到該成像傳感器上。該器件可以包括用來傳輸圖像信號的發射機及天線。一接收器/記錄器，例如由患者所穿戴的，可以記錄並存儲圖像數據及其它數據。所記錄的數據隨後便可以從接收器/記錄器下載到計算機或工作站上用於顯示和分析。這種成像及其它器件可以在一定時段期間傳輸諸如圖像數據或其它數據。限制圖像數據傳輸所耗費的時間量及這種傳輸所要求的帶寬是可取的。傳輸所用的時間限制了可以傳輸的圖像數據或其它數據的量。其它的活體體內使用的診斷裝置不必經無線電波傳輸，例如，所收集的數據可以經電線來發送。
因此，有必要提供一種能夠更有效地傳輸數據的活體體內使用的諸如成像器件那樣的診斷器件。
發明綜述本發明的器件、系統及方法的一個實施例使得能夠獲得來自諸如胃腸道等內腔或體腔內的活體內的圖像，其中諸如圖像數據的數據通常被傳輸或被發送到接收系統。根據本發明的一個實施例，包括諸如圖像信息在內的所傳輸的數據被壓縮。
圖1所示為根據本發明的一個實施例的活體體內成像系統的示意圖；圖2所示為根據本發明的一個實施例的方法的一系列步驟。
發明詳述下面將描述本發明的各方面的內容。為了解釋說明，闡明具體構造及細節以提供對本發明進行透徹的理解。然而，本領域的技術人員都能夠明白本發明在沒有本文所提出的那些具體細節也可以實施。此外，公知的特徵，這裡一概予以省略或簡化，以免使本發明模糊。
本發明的系統、方法的實施例最好和下述成像系統或器件結合使用，這些成像系統或器件包括諸如授予Iddan等人的美國專利5,604,531和/或於2001年9月13日公開的名稱為「A Device andSystem for In Vivo Imaging」的申請號為WO 01/65995的專利申請所述的成像系統或器件，這裡將這兩項專利引入以作參考。然而，根據本發明的器件、系統及方法可以和提供來自內腔或體腔內的成像數據或其它數據的任何器件一起使用。在一個備選實施例中，本發明系統及方法可以和捕獲除了人體內的圖像信息以外的信息的器件一起使用，例如，發射器件所在地點的溫度、壓力(pressure)或pH值信息，或其它信息。
參照圖1，圖1示出根據本發明的一個實施例的活體體內成像系統的示意圖。在一個示例性的實施例中，器件40是一個捕獲圖像的可吞咽囊，但也可以是採集除圖像信息以外的信息的另一種器件。通常，器件40包括至少一個用來捕獲圖像的諸如成像器46那樣的傳感器；一個用來對成像器46所生成的信號進行處理的處理晶片或電路47；一個或多個用來照明體內腔的照明源42，例如，一個或多個「白色發光二極體」或其它適用的光源。光學系統50包括，例如，一個或多個光學元件(圖中未示出)，諸如一個或多個透鏡或複合透鏡組件(圖中未示出)；一個或多個適用的光學濾波器(圖中未示出)，或任何其它的適用的光學元件(圖中未表示)，可以有助於將反射光聚焦到成像器46上並進行其它光處理。處理晶片47不必是一個分立的元件；例如，處理(processing)或處理晶片可以是集成到成像器46中。所述傳感器可以是其它類型的傳感器，諸如溫度傳感器、pH值傳感器、或壓力傳感器。
器件40通常包括一個發射機41以及一個壓縮模塊600，其中發射機41用於將圖像及可能的其它信息(例如控制信息)傳輸到接收器件，壓縮模塊600用於對數據進行壓縮。發射機通常是一具有高帶寬輸入的超低功率射頻(RF)發射機，並且可能具有晶片級封裝。發射機可以經天線48來傳輸。發射機還可以包括用於控制器件40的電路和功能。通常，該器件包括電源45，如一個或多個電池。電源45可以包括氧化銀電池、鋰電池、或其它具有高能量密度的電化學電池等。也可以使用其它的電源。
也可以使用其它的部件或部件組。例如，所述電源可以是將功率傳輸給囊的外部電源；且可以使用與發射機41分離的控制器。
在一個實施例中，成像器46是一互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像攝像機，該CMOS成像器通常是一個超低功率的成像器並具有晶片級封裝(CSP)。一個適用的CMOS攝像機是，例如，Israel的Given Imaging Ltd所指定的，Photobit Crop.，California，USA設計的「晶片上的攝像機(camera on a chip)」CMOS成像器，該CMOS成像器帶有集成的主動像素(active pixel)及後處理電路。也可以使用其它類型的CMOS成像器。在另一個實施例中，可以使用另一種成像器，諸如電荷耦合器件(CCD)成像器或另外的成像器。
器件40通常要由患者吞咽下去並穿過患者的胃腸道，然而，也可以對其它的體內腔或體腔進行成像或檢查。器件40將圖像及可能的其它數據傳輸給位於患者體外的部件，該部件接受這些數據並對其進行處理。優選的是，位於患者體外一個或多個位置上的是一個接收器12，該接收器12最好包括用來接受來自器件40的圖像及可能的其它數據的天線或天線陣列15；用來存儲圖像及其它數據的接收器存儲單元16；數據處理器14；數據處理器存儲單元19；用來對數據進行解壓縮的數據解壓縮模塊610；以及圖像監視器18，用來顯示與其它的一樣的由器件40所傳輸的且由接收器12所記錄的圖像。通常，接收器12及接收器存儲單元16的尺寸很小而便於攜帶，並且在圖像記錄過程中是穿戴在患者身上的。優選的是，數據處理器14、數據處理器存儲單元19及監視器18是個人計算機或工作站的一部分，該個人計算機或工作站包括諸如處理器13、存儲器(例如存儲單元19或其它存儲器)、磁碟驅動器、及輸入輸出器件等標準部件，儘管也可能有備選的構造。在備選的實施例中，數據接受及存儲部件可以是另一種構造的。另外，也可以用其它的成套部件以其它的方式來接受圖像數據及其它數據。典型的是，在運行時，圖像數據被傳輸到和中央處理器13及軟體相結合的處理器14上，然後存儲，作可能的處理，顯示在監視器18上。所收集的圖像數據也可以用其它的系統和方法來存儲和/或顯示。
通常，器件40將圖像信息以許多離散的部分傳輸。每個離散部分通常對應於一個圖像或一幀。但也可能採用其它的傳輸方法。例如，器件40可以每半秒鐘捕獲一次圖像，在捕獲到這樣的一個圖像後，將該圖像傳輸到接收天線上。但也可能採用其它的捕獲速率。通常，所記錄並傳輸的圖像數據是數碼彩色圖像數據，儘管在備選實施例中也可以採用其它的圖像格式(例如黑白圖像數據)。在一個實施例中，每幀圖像數據包括256行，每行包括256像素，每個像素按公知的方法包括顏色數據及亮度數據。例如，在每個像素中，顏色可以由四個子像素組成的馬賽克來表示，每個子像素都和諸如紅、綠、或藍等原色相應(這裡一個原色被表示兩次)。總像素的亮度可以用，例如，一個比特(例如0到255)的亮度值來記錄。也可以採用其它的數據格式。
在本發明器件、系統及方法的某些實施例中，診斷數據不必經過發射機，而是可以通過另一種方法，諸如通過電線來發送。例如，在一個內窺鏡器件中，位於一端的成像器件可以通過導線將數據發送給接收器件。
限制傳輸圖像數據所用的時間量和/或對於這樣的一種傳輸所要求的帶寬是可取的。本發明的系統及方法的實施例在傳輸之前會對圖像數據及可能的其它數據進行壓縮。由於經過壓縮的數據傳輸起來需要較少的時間，因此單位時間內可以傳輸更多的數據或更多幀圖像數據而不必增加發射機的帶寬。備選的是，同樣數量的數據可以用較小的帶寬來傳輸。數據傳輸的另一方面涉及具有有限能源的傳輸系統。這種情況下，所需傳輸的比特量越少，就可使傳輸中每個比特能量更多。除了圖像數據以外的數據也可以被傳輸並壓縮。例如，也可以對控制信息進行壓縮。此外，在傳輸除了圖像信息以外的諸如壓力或pH信息等遙測信息的器件中，這些信息可以進行壓縮。在另一些實施例中，圖像數據不必以相應於圖像的許多離散的部分來傳輸。
在本發明的一個示例性的實施例中，器件40包括數據壓縮模塊600，用於對從器件40所傳輸的數據進行壓縮並用於可能通過中間電路向發射機41提供所述數據。優選的是，數據壓縮模塊600可以是微處理器或ASIC或其它微型計算裝置的一部分，並且是成像器46或處理晶片47的一部分。在備選實施例中，數據壓縮模塊600的功能可以採取其它的構造並可配置在器件40的不同部分中。例如，發射機41可以具有數據壓縮的能力，或是數據壓縮模塊600可以是一個單獨的單元，或可以用軟體來實施。
在一個實施例中，發射機41包括至少一個用來接受來自成像器46的視頻信號的調製器70、一個射頻(RF)放大器72、以及一個阻抗匹配器74。調製器將具有小於5MHz的截止頻率fc的輸入圖像信號轉換成具有載波頻率fr射頻信號，載波頻率fr通常在1GHz範圍內。儘管在一個實施例中，信號是一個模擬視頻信號，但調製信號卻可以是數字的而不是模擬的。載波頻率可以是其它波段的，例如，為400MHz波段。經過調製的射頻信號的帶寬為ft。阻抗匹配器將電路的阻抗和天線的阻抗匹配起來。也可以使用其它的發射機或發射機部件的組合，其使用不同的信號格式及頻率範圍。例如，備選實施例可以不包括經過匹配的天線，或是可以包括一個沒有匹配電路的發射機。在這種成像器件40的一個實施例中，傳輸是用移相鍵控方法(PSK)在434MHz的頻率發生的。在備選實施例中，可以採用其它的傳輸頻率和方法(諸如調幅或調頻)。
接收器12優選檢測具有上面所述的載波頻率為fr和帶寬為fc。的信號。接收器12可以和電視機中的接收器相似，或是和R.StewartMcKay所寫的、John Wiley and Sons 1970年出版的書籍《BiomedicalTelemetry》第244-245頁所描述的接收器相似。接收器可以是數碼的或是模擬的。在備選實施例中，可以使用響應其它類型信號的接收器。
接收器12優選為包括一個用來壓縮從器件40所接收的數據的解壓縮模塊610。在示例性實施例中，數據解壓縮模塊610是一個微處理器或其它微型計算器件，並是接收器12的一個部分。在備選實施例中，數據解壓縮(解碼)模塊610的功能可以採用其它的構造，並可以配置在系統的不同部分中；例如，數據解壓縮模塊610可以由軟體和/或數據處理器14的一部分來實施。接收器12可以接受未經解壓縮的壓縮數據並將其存儲在接收器存儲單元16中。該壓縮數據可以稍後由，例如，數據處理器14來解壓縮。
優選的是，發射機41來對器件40進行總體控制；在備選實施例中，可以由其它模塊來進行控制。優選的是，由數據壓縮模塊600和發射機41接口連接來接收並壓縮圖像數據；其它的單元可以向數據壓縮模塊600提供其它數據。另外，數據壓縮模塊600還可以向發射機41提供下列信息諸如，例如，從數據壓縮模塊600向發射機40傳輸圖像數據的開始時間及停止時間、這種圖像數據的每個塊的長度或尺寸、以及幀數據傳輸速率。數據壓縮模塊600和發射機41之間的接口可以由，例如，數據壓縮模塊600來控制。典型的是，數據壓縮模塊600將圖像信息壓縮成許多離散部分，每個離散部分通常對應於一個圖像或一幀。其它的壓縮方法或序列是可能的，其它的壓縮單元及傳輸單元也是可能的。壓縮圖像數據的其它可能中之一是比較隨後的多個圖像，並且僅僅傳輸這些圖像之間的差別而不是每一幀圖像。假設在大多數據情況下這些隨後的圖像相似，那麼圖像之間的差別將包含比圖像本身小得多的信息。
在備選實施例中，數據壓縮模塊600和發射機41之間交換的數據可以是不同的，並且是以不同的方式。例如，不必傳輸尺寸信息。另外，在具有部件的備選配置的實施例中，各個部件之間的界面及協議也可以不同。例如，在一個實施例中，其中數據壓縮功能包含在發射機41中，成像器46將未經壓縮的數據傳到發射機41上，沒有任何開始/停止信息及尺寸信息可以被傳輸。
數據壓縮模塊600和數據解壓縮模塊610可以使用不同的數據壓縮格式及系統。例如，可以根據不同的JPEG或MPEG格式及標準對數據進行壓縮及解壓縮，也可以使用其它的格式。所使用的壓縮格式可以是壓縮過程中會丟失某些數據的壓縮格式以及壓縮過程中不丟失數據的壓縮格式。典型的是，數據壓縮模塊600及解壓縮模塊610包括電路和/或軟體以進行這種數據壓縮。例如，如果數據壓縮模塊600或解壓縮模塊610被用作一個晶片上的攝像機或ASIC，那麼該數據壓縮模塊600或解壓縮模塊610可以包括運行在一個固件上的處理器，該固件包括用於數據壓縮算法的指令。如果數據解壓縮模塊610被用作數據處理器14和/或中央處理器13的一部分，那麼解壓縮可以用作軟體程序的一部分。
待發送的圖像數據的數量可以是，例如，每秒1.35MB以上。數據壓縮可以使該數量明顯減少。在壓縮之後，傳輸之前，隨機選擇可以產生(進行，例如，由發射機41)。亦即，數位訊號(「0」及「1」)的出現可以是隨機的，使得傳輸不會受到一種類型的遞歸信號(recurring signal)的阻礙。
圖2描述根據本發明的一個實施例的方法的一系列步驟。參照圖2，在步驟200中，活體體內使用器件，如可吞咽的囊，捕獲圖像數據。通常，該器件內的成像器捕獲胃腸道的圖像數據，但也可以捕獲其它圖像數據，例如，來自其它體內腔或體腔的圖像數據。也可以捕獲除圖像數據以外的數據。
在步驟210中，圖像數據被壓縮。該圖像數據可以是初次載入的(first loaded)或是從成像器傳輸來的，或者，可選地，是在成像器中壓縮的。可以除了圖像數據以外的數據進行壓縮。
在步驟220中，數據傳輸給一個接收器。通常，諸如圖像數據等數據使用無線電波(RF通道)傳輸給位於體外的接收器，但也可以使用其它方法。在備選實施例中，圖像數據或其它數據可以通過諸如導線等其它方法來發送。
在步驟230中，對數據進行解壓縮。圖像數據可以，例如，被顯示。備選的是，圖像數據不必被解壓縮而是可以被存儲起來以備以後使用。
也可以採用其它的步驟或一系列的步驟。
儘管已經通過數目有限的實施例對本發明進行了描述，但可以理解的是，可以對所描述的本發明作出許多變化、變更以及其它應用。
本發明的實施例可以包括用於進行本文中的操作的裝置。這些裝置可以是為了達到要求的目的而專門設計的(例如，一個「晶片上的計算器」或一個ASIC)，或可以包括通用目的計算機，這些計算機由存儲在這些計算機中的電腦程式選擇性地激發或重構。這種電腦程式可以存儲在計算機可讀存儲介質中，這種可讀存儲介質可以是，例如，但不限於，包括軟盤、光碟、CD-ROM、磁光碟、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、磁卡或光卡、或是適於存儲電子指令的任何其它類型的介質的任何形式的磁碟。
本文所提出的方法本身並不和任何特定的計算機或任何其它的設備本質相關。各種一般目的的系統可以與根據本文中的教示的程序一起使用，或者設計一個更為專用的設備來執行想要的方法可以證明是方便的。這些不同的系統所需的結構體現在上面的描述中。此外，本發明的各個實施例並沒有參照任何特定的程式語言。應當明白的是，不同的程序語言可以用來實施本文所述的本發明的各種教示。
除非另有說明，正如本文的討論中顯而易見的，可以明白的是，本說明書討論中通篇所用的諸如「處理」、「計算處理(computing)」、「計算(calculating)」、「確定」等詞彙通常是指一個計算機或計算系統或類似的電子計算器件(例如，「晶片上的計算機」或ASIC)的作用和/或處理，該作用和/或處理將在計算系統的寄存器和/或存儲器中的表示為物理的(諸如電子的)量的處理或轉換成在計算系統的存儲器、寄存器或其它的諸如信息存儲器、發射機或顯示器等器件中的類似地表示為物理量的其它數據。
上述數據壓縮方法可以是無損的或是有損的。無損的數據壓縮能夠對壓縮數據進行精確解碼(不存在數據失真)。然而，無損壓縮方法的壓縮比有限。有損的壓縮方法雖然不可以對壓縮信息進行精確解碼，但其壓縮比可以大大高於無損壓縮方法。在許多情況下，有損壓縮方法的數據失真是不明顯的，而其壓縮比卻是高的。
流行的壓縮算法，諸如JPEG及MPEG都可以選擇按照有損還是無損的方案來進行壓縮。
一般地說，前面的數據壓縮方案的描述對採用有損還是無損方法沒有限制。
本領域的技術人員應當明白，本發明並不限於上面所特別描述並顯示的。本發明的範圍將由下面的權利要求書來確定。
權利要求
1.一種活體體內使用的器件，該器件包括傳感器；以及數據壓縮單元。
2.如權利要求1的活體體內使用的器件，其中的傳感器是一個成像器。
3.如權利要求2的活體體內使用的器件，其中的成像器包括一互補金屬氧化物半導體。
4.如權利要求2的活體體內使用的器件，其中的數據壓縮單元被設計得用來接受來自成像器的圖像數據並對該圖像數據進行壓縮。
5.如權利要求2的活體體內使用的器件，其中的數據壓縮單元被設計得用來以一幀為單位接受來自成像器的圖像數據並以一幀為單位對該圖像數據進行壓縮。
6.如權利要求1的活體體內使用的器件，其中該器件包括一個光源。
7.如權利要求1的活體體內使用的器件，其中的數據壓縮單元包括JPEG壓縮能力。
8.如權利要求1的活體體內使用的器件，其中的數據壓縮單元包括MPEG壓縮能力。
9.如權利要求1的活體體內使用的器件，其中該活體體內使用的器件是一個可吞咽囊。
10.如權利要求1的活體體內使用的器件，其中該活體體內使用的器件被設計得用來對胃腸道進行成像。
11.如權利要求1的活體體內使用的器件，包括一個射頻發射機。
12.如權利要求11的活體體內使用的器件，其中的數據壓縮單元向發射機提供經過壓縮的數據。
13.一種包括傳感器的活體體內使用器件的操作方法，該方法包括接受來自傳感器的數據；以及對該數據進行壓縮以形成壓縮數據。
14.如權利要求13的方法，該方法包括傳輸所述壓縮數據。
15.如權利要求13的方法，該方法包括通過射頻通道傳輸所述壓縮數據。
16.如權利要求13的方法，其中所述傳感器包括一成像器。
17.如權利要求13的方法，其中所述傳感器包括一互補金屬氧化物半導體。
18.如權利要求13的方法，其中從所述傳感器接受到的數據是圖像數據。
19.如權利要求16的方法，該方法包括以一幀為單位接受來自所述傳感器的圖像數據；以及以一幀為單位對該圖像數據進行壓縮。
20.如權利要求13的方法，該方法包括將數據壓縮成JPEG格式。
21.如權利要求13的方法，該方法包括將數據壓縮成MPEG格式。
22.如權利要求13的方法，其中該活體體內使用的器件是一個可吞咽囊。
23.如權利要求13的方法，該方法包括對胃腸道進行成像。
24.如權利要求13的方法，該方法包括對數據進行解壓縮。
25.如權利要求13的方法，該方法包括將數據顯示成圖像數據。
26.一種活體體內使用器件，該器件包括用來感應活體體內信息的傳感器裝置；以及用來壓縮數據的數據壓縮裝置。
27.如權利要求26的器件，該器件包括用來發射數據的發射裝置。
28.如權利要求26的器件，其中所述傳感器裝置包括至少一個成像裝置。
29.一種可吞咽的囊，該囊包括能夠採集活體體內數據的傳感器；射頻發射機；以及數據壓縮單元。
30.一種活體體內使用器件，該器件包括成像器；發射機；以及能夠接受來自成像器的數據的數據壓縮單元，該數據壓縮單元能夠對該數據進行壓縮以供傳輸。
31.一種包括成像器的活體體內使用器件的操作方法，該方法包括將圖像數據從成像器傳送到壓縮單元；對所述數據進行壓縮；以及傳輸該被壓縮的數據。
32.一種可吞咽的活體體內使用器件的操作方法，該方法包括採集活體體內數據；將該數據傳遞到壓縮單元；對所述數據進行壓縮；以及經射頻通道發送該被壓縮的數據。
全文摘要
本說明書涉及一種用於獲得諸如胃腸道等體腔內的圖像的活體內使用的器件、系統及方法。圖1所示為一用於獲得圖像數據的可吞咽囊(40)。該可吞咽囊(40)包括成像器(46)、處理器(47)以及適於進行體腔照明的光源(42)。該裝置還包括一光學系統(50)，該光學系統(50)可以結合鏡片組及濾波器，其目的為將光聚焦到成像器(46)中。圖像通過發射機(41)及天線(48)進行傳輸，並通過壓縮模塊(600)進行壓縮以減小帶寬。發射機(41)還包括一個諸如銀氧化物電池、鋰電池或其他電化學電池等電源(45)。發射機(41)還包括調製器(70)、放大器(72)以及阻抗匹配器(74)。接收器(12)通過天線(15)接受經過壓縮的圖像數據，並將其存儲在存儲單元(16)內。接收器是小的，並可以穿戴在患者身上。接收器還包括一個數據處理器(14)。優選的是，該數據處理器(14)、其數據存儲單元(19)以及監視器(18)是一臺個人計算機或工作站的一部分，該計算機或工作站包括一CPU(13)。一旦數據被接收，該數據便通過解壓縮模塊(610)解壓縮並進行處理以供顯示。
文檔編號H04N7/30GK1586082SQ02818872
公開日2005年2月23日 申請日期2002年7月26日 優先權日2001年7月26日
發明者阿爾卡季·格盧霍夫斯基, 多夫·阿溫, 加夫利爾·默龍 申請人:吉溫成象有限公司