專利名稱：檢測活體內(nèi)色度異常的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種檢測活體內(nèi)，尤其是胃腸道內(nèi)色度異常的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
很多原因可能會引起胃腸道病變。一些病變的例子包括出血、損傷、血管易位、階段性回腸炎、息肉、腹糜瀉等。大多數(shù)病變導(dǎo)致胃腸道的內(nèi)表面顏色和/或結(jié)構(gòu)改變。
例如，顏色變化可能由出血引起。由于不同的病變原因，包括潰瘍、癌癥或其它的疾病，血液可能存在于消化道內(nèi)。因?yàn)檠嚎赡艽嬖谟陔y以到達(dá)的區(qū)域，所以通常測定胃腸道內(nèi)血液的存在是困難的。另外，在腸道內(nèi)“觀察”是困難的，尤其是在難以到達(dá)的部位如小腸。
已經(jīng)有幾種方法被用來監(jiān)測胃腸道內(nèi)血液的存在。一種方法是通過觀察和/或化學(xué)方法檢測糞便中的血。該方法的主要缺點(diǎn)是因?yàn)檠匚改c通道有其它物質(zhì)積聚，所以血在糞便中的濃度比在出血點(diǎn)處的濃度要低。因此這種方法的靈敏度低。另外，沿胃腸道的特殊的出血點(diǎn)檢測不到。
第二，更多的入侵技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用內(nèi)窺鏡或腸鏡(enteroscope)。這種方法能夠直接觀察胃腸道內(nèi)的部分。然而，小腸的大部分用這種方法檢測不到。
其它的可以檢測到基于光譜紅色部分的病變實(shí)例包括主動出血、血凝結(jié)、肉息、損傷、潰瘍、血管易位(angiodisplasia)和毛細(xì)管擴(kuò)張。以藍(lán)/紫色為特征的病變包括動-靜脈畸形(AVM)和粘膜下出血。AVM也可能呈現(xiàn)紅色。另外，某些類型的潰瘍以白色為特征。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供一種確定身體腔體內(nèi)色度異常的方法，該方法包括步驟在將光譜特征與至少一個參考值比較的基礎(chǔ)上計(jì)算一個在身體腔體內(nèi)存在色異常的概率顯示。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種計(jì)算一個組織參考值的方法。該方法包括步驟接收來自于一身體腔體內(nèi)的至少一個第一圖像和一個第二圖像；以色度參數(shù)為基礎(chǔ)在所述圖像中選擇像素塊；將所述至少第一和第二圖像的所述被選擇像素塊的所述色度參數(shù)求平均值；并且對所述色度參數(shù)進(jìn)行過濾，從而獲得一個組織的參考值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于檢測胃腸道內(nèi)色度異常的可吞咽膠囊，該膠囊包括一個用于接收所述胃腸道圖像的圖像接收器；以及一個處理器，該處理器通過將所述圖像的色量與至少一個參考值對比而產(chǎn)生一個有關(guān)色度變異存在的概率顯示。
用于檢測一身體腔體內(nèi)色度異常的裝置，該裝置包括一個能夠從一身體體腔內(nèi)接收圖像的圖像接收器。一個能夠檢測所述圖像的色量的光學(xué)分析器；以及一個處理器，該處理器通過將所述圖像的色量與至少一個參考值對比產(chǎn)生一個有關(guān)色度變異存在的概率顯示。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于檢測胃腸道內(nèi)色度異常的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個帶有一個用于從所述的身體腔體內(nèi)獲得圖像的活體內(nèi)成像器的可吞咽膠囊；一個能夠?qū)D像發(fā)送給一個接收器的發(fā)送器；以及一個處理器，該處理器通過將所述接收的圖像的色量與至少一個參考值對比而產(chǎn)生一個有關(guān)色度變異存在的概率顯示。
附圖的簡單說明結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述將更容易理解本發(fā)明，其中

圖1是一個現(xiàn)有技術(shù)的活體內(nèi)照相系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)光譜成分將試樣進(jìn)行分類的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的一個系統(tǒng)的方框圖；圖4是圖3所示的系統(tǒng)所用方法的流程圖；以及圖5是一個參考組織試樣的自適應(yīng)編程的流程圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種通過對由一個移動地處于活體內(nèi)的攝影系統(tǒng)拍攝到的圖像進(jìn)行光譜分析來確定病變的方法和系統(tǒng)。這種分析是基于色度異常地檢測，或同預(yù)期光譜的偏差做出的。該處于活體內(nèi)的攝影機(jī)系統(tǒng)可以包括一個內(nèi)窺鏡、一個可吞咽的膠囊或者是其它的任何引入體內(nèi)來觀察內(nèi)部的裝置。
美國專利US5604531，授予本申請的共同申請人并在此引入作為參考，給出了一種處于活體內(nèi)的攝影系統(tǒng)，該攝影系統(tǒng)由一可吞咽的膠囊攜帶。當(dāng)膠囊穿過胃腸道時，該處于活體內(nèi)的攝影系統(tǒng)拍攝并傳送胃腸道圖像。除了攝影系統(tǒng)，該膠囊包括一個用于將相關(guān)區(qū)域的像成到攝像系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)和一個用于傳送攝像系統(tǒng)的視頻信號輸出的發(fā)送器。該膠囊能夠穿過整個消化道并如一個自動視頻內(nèi)窺鏡似的工作。它甚至能夠到達(dá)小腸的很難到達(dá)的區(qū)域。
參見圖1，該圖示出了該系統(tǒng)的一個示意圖，在美國專利US5604531A中有描述。該系統(tǒng)包括一個膠囊40，該膠囊40包括一個成像器46、一個照度源42和一個發(fā)送器41。在患者的體外是一個圖像接受器12(通常是一天線陣)，一個貯存單元19，一個數(shù)據(jù)處理器14，一個圖像監(jiān)控器18，和一個位置監(jiān)控器16。盡管圖1示出了分開的監(jiān)視器，然而圖像和位置可以配置在一個監(jiān)視器上。
在膠囊40中的成像器46與同樣處于膠囊40中的發(fā)送器41相連。發(fā)送器41將圖像傳送給圖像接受器12，該圖像接受器12將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理器14和儲存單元19。數(shù)據(jù)處理器14分析數(shù)據(jù)并且與儲存單元19保持聯(lián)系，向存儲單元發(fā)送畫面數(shù)據(jù)并且從中讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器14也向圖像監(jiān)視器18和位置監(jiān)視器16提供分析數(shù)據(jù)，在這上面醫(yī)師可以從中觀察到數(shù)據(jù)。該圖像監(jiān)視器呈現(xiàn)胃腸道圖像以及位置監(jiān)視器呈現(xiàn)胃腸道獲得圖像的位置。數(shù)據(jù)處理器14能夠配制成實(shí)時處理或者配置滯后處理以便過后觀察。除了顯示胃腸道的病變狀態(tài)，該系統(tǒng)可以提供有關(guān)這些病變的位置。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，對接收圖像進(jìn)行色量分析。在這種分析的基礎(chǔ)上，這將在下面描述，可以做出有關(guān)是否存在色度變異的測定。一種色度變異可以表明一種病理狀態(tài)，例如出血。其它可能基于光譜中紅色的部分來測定的病變例子包括主動出血、血凝結(jié)、肉息、損傷、潰瘍、血管易位(angiodisplasia)和毛細(xì)管擴(kuò)張?？赡芤运{(lán)/紫色為特征的病變包括動-靜脈畸形(AVM)和粘膜下出血。AVM也可能呈現(xiàn)紅色。另外，某些類型的潰瘍以白色為特征。顯然，不論是否存在病理狀態(tài)，下文描述的方法和系統(tǒng)對于測定任何與體腔內(nèi)正常色成分存在的偏差都可能是有效的。
參見圖2，該圖是根據(jù)光譜成分將試樣進(jìn)行分類的示意圖。每一測試試樣T處于一個坐標(biāo)系內(nèi)，該坐標(biāo)系由以下變量表示色調(diào)H、飽和度S、結(jié)果V。色調(diào)H表示與色刺激的主波長相關(guān)的一個數(shù)值，并且當(dāng)顏色從紅到黃到綠到青到藍(lán)到紫到黑再到紅變化時，該數(shù)值在0到1之間變化。飽和度S與顏色的純度相一致，并且在純色時為100％。結(jié)果V相對色強(qiáng)度值，代表紅、藍(lán)、綠(RBG)的亮度。計(jì)算測試試樣T和一個假想的病變試樣B之間的一個距離矢量r(B，T)。計(jì)算測試試樣T和一個健康組織的標(biāo)準(zhǔn)試樣R之間的一個距離矢量r(R，T)。計(jì)算距離矢量r(B，T)和距離矢量r(R，T)之間的關(guān)系。每一試樣根據(jù)距離矢量r(B，T)和距離矢量r(R，T)之間的關(guān)系被分類。簡單地說如果距離矢量r(B，T)比距離矢量r(R，T)小，就會有一個病變色的陽性顯示。在優(yōu)選實(shí)施例中，該分析設(shè)計(jì)成假陽性的概率比假陰性的概率高，以便減小錯過陽性診斷的可能性。然而，其它分析的實(shí)施例也是可能的。
現(xiàn)在參見圖3和圖4，其中示出了一個系統(tǒng)15和一個顯示應(yīng)用該系統(tǒng)15來確定腸內(nèi)的血液成分或其它的可由顏色區(qū)分的病變的流程圖。系統(tǒng)15包括光源42’、圖像接收器12’、數(shù)據(jù)處理器14’、以及圖像監(jiān)視器18’。數(shù)據(jù)處理器14’包括一個光學(xué)分析器22、一個自適應(yīng)參考生成器24(reference builder)、一個距離計(jì)算器26、以及一個結(jié)果計(jì)算器28。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，數(shù)據(jù)處理器14’是一個標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)加速板、高性能計(jì)算機(jī)、多處理器或者其他的串行或者并行處理機(jī)。圖像監(jiān)視器18’可一是一個視頻指示器、或者一個圖表、表格或其它的指示器。
圖4中的步驟可以用圖3中的系統(tǒng)15來完成。在一個實(shí)施例中，在一個膠囊中獲取圖像并進(jìn)行處理。在另一實(shí)施例中，通過一個活體內(nèi)系統(tǒng)獲取圖像并且傳送到一個遠(yuǎn)距離位置處，在此將圖像進(jìn)行處理。圖像接收器12’接收(步驟101)由圖1中的活體內(nèi)照相系統(tǒng)或者任何其他的體內(nèi)成象器獲得的圖像。數(shù)據(jù)處理器14’將顏色圖像分成許多像素。如其它的成像應(yīng)用中一樣，像素的數(shù)量決定圖像的分辨率。為了便于討論，將圖像分成8×8的像素塊。因此在一個實(shí)施例中，原始圖像是256×256的像素圖像，分成8像素，并且決定色分量的結(jié)果是一個32×32×3的色分量值的塊。光學(xué)分析器22計(jì)算(步驟104)每一塊中的各個色分量，即每一圖像的色調(diào)Hi，j，飽和度Si，j，以及亮度值Vi，j。
光學(xué)分析器也計(jì)算(步驟105和步驟106-110)各組病變試樣B和健康參考組織R的各塊的色分量。光學(xué)分析器22計(jì)算(步驟105)從含血的已知圖像中提取的病變試樣B的各塊的色分量。
現(xiàn)在參見圖5，為圖4中自適應(yīng)參考生成步驟106-110的示意圖。為了生成一個健康組織的參考試樣，自適應(yīng)參考生成器24計(jì)算(步驟106-110)組織參考色分量以便生成一個健康組織的參考試樣。該自適應(yīng)的方法基于將出現(xiàn)在下一圖像中的健康組織求平均。因?yàn)檠匚改c道的健康組織的參數(shù)可能變化，因此用平均值。自適應(yīng)參考生成器24根據(jù)V值(亮度)和色調(diào)H選擇(步驟107)塊。在一個實(shí)施例中，條件為0.1＜Vi，j＜0.9且0＜Hi，j＜0.09。這種狀況表明有健康組織存在。如圖5所示，獲取了帶有健康組織區(qū)域Ri、Ri-1和Ri-2的圖像Pi、Pi-1和Pi-2。自適應(yīng)參考生成器24將沿胃腸道獲取的圖像Pi、Pi-1和Pi-2的健康區(qū)域Ri、Ri-1和Ri-2的色分量求平均值(步驟108)。為了平滑數(shù)據(jù)并且消除對個別圖像的靈敏度，自適應(yīng)生成器24對當(dāng)前圖像Pi和前一張圖像Pi-1的平均組織色進(jìn)行過濾(步驟110)。
在一個實(shí)施例中，一執(zhí)行如下迭代計(jì)算的無限脈沖響應(yīng)濾波器被應(yīng)用輸出(ti)＝0.08*輸入(ti)+0.92*輸出(ti-1)其中ti代表當(dāng)前圖像i的時間指數(shù)、ti-1代表前一張圖像i-1的時間指數(shù)。
再回過來參見圖4，然后距離計(jì)算器26計(jì)算(步驟112)矩陣中每一數(shù)據(jù)塊與血液參考值B之間的歐幾里得距離。血液參考值B從含有血液的已知圖像中獲得，并由上述光學(xué)分析器22分析。在另一實(shí)施例中，一個不同的色度參考值可以用來顯示其它的非正常色。對于該實(shí)施例，該計(jì)算的結(jié)果是一個32×32元素βi，j的矩陣。該計(jì)算依據(jù)下面的等式進(jìn)行βi,j=(Hi,j-Hb)2+(Si,j-Sb)2+(Vi,j-Vb)2(Hb2+Sb2+Vb2)*(Hi,j2+Si,j2+Vi,j2)]]>其中Hb、Sb和Vb分別代表血液的色調(diào)、飽和度和亮度。
計(jì)算一個相對于自適應(yīng)組織參考色(健康組織)分量的相似距離，結(jié)果是形成一個如下所示的32×32的θi，j矩陣。
θi,j=(Hi,j-Ht)2+(Si,j-St)2+(Vi,j-Vt)2(Ht2+St2+Vt2)*(Hi,j2+Si,j2+Vi,j2)]]>其中Ht、St和Vt分別表示健康組織色調(diào)、飽和度和亮度的參考值。
一旦獲得距離矩陣，判定計(jì)算器28根據(jù)下面的等式計(jì)算(步驟116)一個概率顯示函數(shù) 閾值可以設(shè)為任何值。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，該閾值設(shè)置如下血液閾＝0.15且組織比閾＝4。如果Λ＞0那么有血液存在。
最后圖像指示器18’顯示(步驟118)結(jié)果，或者以彩色視頻顯示血液的存在，或者作為圖表或者表格來顯示水平和/或閾值。
結(jié)果顯示可以包括一個位置指示器，以便最終用戶可以確定出現(xiàn)顏色變化的區(qū)域在胃腸道或者其他身體腔體中的位置。這樣，醫(yī)師就能夠處理有問題的區(qū)域。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是本發(fā)明并不限于上述著重顯示或描述的。當(dāng)然本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由所附的權(quán)利要求來確定
權(quán)利要求
1.一種確定活體內(nèi)異常的方法，該方法包括步驟分析一個圖像的至少一個光譜特征；以及在該分析的基礎(chǔ)上做出一個異常判定。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該異常判定是一個有關(guān)異常存在的判定。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中該異常判定是一個有關(guān)異常存在的概率判定。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中分析圖像包括至少分析圖像的至少一個與一參考值有關(guān)的光譜特征。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中該圖像是一個身體腔體的圖像。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述光譜特征包括色調(diào)值。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的至少一個參考值包括一個病變試樣。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中所述的病變試樣包括血。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的異常是由血液的存在引起。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的分析包括將圖像進(jìn)行對比。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中圖像由一個活體內(nèi)照相成像器接收。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中圖像由一膠囊接收。
13.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括確定圖像的位置。
14.一種確定活體內(nèi)異常的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括步驟一個用于接收圖像的圖像接收裝置；一個用于分析圖像的至少一個光譜特征并且用于在該分析的基礎(chǔ)上做出異常判定的分析裝置。
15.一種確定活體內(nèi)異常的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括步驟一個由于接收圖像的圖像接收模塊；一個分析模塊，該模塊可以分析圖像的至少一個光譜特征并且在該分析的基礎(chǔ)上做出異常判定的分析。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中該異常判定是一個概率判定。
17.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中分析圖像包括至少分析圖像的至少一個與一參考值有關(guān)的的光譜特征。
18.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中該圖像是一身體腔體的圖像。
19.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述的至少一個參考值包括一個健康組織參考值。
20.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述的至少一個參考值包括一個病變試樣。
21.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述的病變試樣包括血。
22.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述的異常是由血液的存在引起。
23.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述的分析包括將圖像進(jìn)行對比。
24.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述圖像由一個活體內(nèi)照相成像器接收。
25.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述圖像由一膠囊接收。
26.一種計(jì)算組織參考值的方法，該方法包括步驟接收來自于一身體腔內(nèi)的至少一個第一圖像和一個第二圖像；以色度參數(shù)為基礎(chǔ)在所述圖像中選擇像素塊；將所述至少第一和第二圖像的所述被選擇像素塊的所述色度參數(shù)求平均值；并且對所述色度參數(shù)進(jìn)行過濾，從而獲得組織的一個參考值。
27.如權(quán)利要求26的方法，其中所述的接收步驟包括接收多張圖像。
28.如權(quán)利要求26的方法，其中所述的色度參數(shù)包括色調(diào)。
29.如權(quán)利要求26的方法，其中所述的色度參數(shù)包括亮度。
30.如權(quán)利要求26的方法，其中所述的組織為健康組織。
31.一種用于檢測胃腸道內(nèi)色度異常的可吞咽膠囊，該膠囊包括一個用于接收所述胃腸道圖像的圖像接收器；以及一個處理器，該處理器通過將所述圖像的色量與至少一個參考值對比而產(chǎn)生一個有關(guān)色度變異存在的概率顯示。
32.如權(quán)利要求31中的膠囊，其中所述的少一個參考值包括一個病變試樣。
33.如權(quán)利要求32中的膠囊，其中所述的病變試樣包括血。
34.如權(quán)利要求31中的膠囊，其中所述的至少一個參考值包括一個健康組織參考試樣。
35.如權(quán)利要求31中的膠囊，其中其中所述的至少一個參考值包括一個病變試樣。
36.如權(quán)利要求31中的膠囊，其中所述的色量包括光譜特征。
37.如權(quán)利要求36中的膠囊，其中所述的光譜特征包括色調(diào)。
38.如權(quán)利要求36中的膠囊，其中所述的光譜特征包括飽和度。
39.如權(quán)利要求36中的膠囊，其中所述的光譜特征包括亮度。
40.一種用于檢測一身體腔體內(nèi)色度異常的裝置，所述裝置包括一個能夠從一身體體腔內(nèi)接收圖像的圖像接收器。一個能夠檢測所述圖像的色量的光學(xué)分析器；以及一個處理器，該處理器通過將所述圖像的色量與至少一個參考值對比產(chǎn)生一個有關(guān)色度變異存在的概率顯示。
41.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述的處理器配置成實(shí)時處理。
42.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述的處理器配置成滯后處理。
43.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述的病變狀態(tài)包括出血。
44.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述的至少一個參考值包括一個健康組織的值。
45.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述的至少一個參考值包括一個病變組織的值。
46.一種用于檢測胃腸道內(nèi)色度異常的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個帶有一個用于從所述的身體腔體內(nèi)獲得圖像的活體內(nèi)成像器的可吞咽膠囊；一個能夠?qū)D像發(fā)送給一個接收器的發(fā)送器；以及一個處理器，該處理器通過將所述接收的圖像的色量與至少一個參考值對比而產(chǎn)生一個有關(guān)色度變異存在的概率顯示。
47.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述的色度異常表明一種病變狀態(tài)。
48.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述的病變狀態(tài)包括出血。
49.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述的至少一個參考值包括一個健康組織的值。
50.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述的至少一個參考值包括一個病變組織的值。
51.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個位置指示器，從而使在所述身體腔體內(nèi)的所述結(jié)果的位置是可視的。
52.一種用于檢測活體內(nèi)異常的方法，該方法包括步驟分析一個圖像流的至少一個光譜特征；在該分析的基礎(chǔ)上做出一個異常判定；將該異常判定顯示給用戶。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中該異常判定是一個有關(guān)異常概率的判定。
54.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像為一個圖像流的一部分。
55.一種用于檢測活體內(nèi)異常的裝置，該裝置包括一個能夠接受圖像的圖像接收器；以及一個處理器，該處理器能夠分析所述圖像的色量，產(chǎn)生一個有關(guān)異常狀態(tài)存在的異常顯示并且將異常的診斷顯示給用戶。
全文摘要
一種檢測身體腔體內(nèi)色度異常的方法和系統(tǒng)，包括一個能夠從一身體腔體內(nèi)接收圖像的圖像接收器。還包括一個用于將圖像發(fā)送給一個接收器的發(fā)送器。以及一個處理器，該處理器通過將所述圖像的色量與至少一個參考值對比產(chǎn)生一個存在色度變異的概率顯示。
文檔編號A61B1/05GK1509152SQ02809856
公開日2004年6月30日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月14日
發(fā)明者多龍·阿德勒, 奧弗里亞·濟(jì)納提, 達(dá)芬·萊維, 阿爾卡季·格盧霍夫斯基, 亞 濟(jì)納提, 多龍 阿德勒, 季 格盧霍夫斯基, 萊維 申請人:吉溫成象有限公司