CN102172322A - 一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物体腔检查技术领域，具体公开了一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法。该***包括用于在人体消化道内全视角地采集并存储图像的图像采集与存储设备、用于读取图像的图像读取设备以及无线供能与能量接收装置，该无线供能与能量接收装置包括具有多线圈结构的无线能量发射装置和具有单线圈结构的无线能量接收装置；无线能量发射装置安装在所述图像读取设备中，用于发射电磁波；无线能量接收装置安装在所述图像采集与存储设备中，用于接收电磁波，驱动图像采集与存储设备传出图像。本发明提供的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法大大降低了人工操作的复杂性，提高了无线供能的稳定性与高效性。

Description

一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法

技术领域

本发明涉及生物体腔检查技术领域，尤其涉及一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法。

背景技术

传统内视镜检查技术需要应用引导插管，不仅在操作上存在不便，同时也给患者带来了很大的不适感。另外，传统内视镜在可检查的部位上也存在局限，无法实现对小肠部位的检查。随着微电子技术的发展，出现了口服内视镜***，该***解决了小肠盲区的内视镜检查问题。但是，现有的临床口服内视镜产品仅采用了1个或2个摄像设备，由于其在消化道内的移动是靠消化道的蠕动来实现，因此其移动具有很大的随机性，这将导致在对消化道腔体，特别是在胃和大肠等大腔体内进行拍照时，腔体部位遗漏拍摄图像的现象会比较严重；另外，***需要患者在进行消化道检查时佩带无线接收设备，这在很大程度上影响了患者的行动。

针对上述不足，申请号为200910080350.2的中国发明专利申请中提出了一种用于生物体腔检查的全视角图像采集与存储***，该***包括图像采集与存储设备以及图像读取设备。其中，图像采集与存储设备包括六个摄像设备、电池以及存储器，这六个摄像设备组成立方体的形状以实现在消化道内进行全视角的拍摄，电池为摄像设备的拍摄提供电力。由于图像采集与存储设备采用六个摄像设备，其耗电量相比现有的口服内视镜大很多，为了减少耗电量，图像采集与存储设备将采集到的图像数据存储到存储器中，而没有采用实时的无线图像传输方式将图像传送到人体外。当图像采集与存储设备在消化道内采集完图像数据并被患者排出体外后，需要将其放置于图像读取设备的无线能量发射装置中，这是由于通常情况下图像采集与存储设备内的电池在完成拍摄工作后电量已被耗尽，因此需要由图像读取设备中的无线能量发射装置为图像采集与存储设备提供能量，并通过无线链路读取存储在图像采集与存储设备的存储器中的图像数据，随后再传送至计算机工作站，以供医生检查。但是，在该发明专利申请中并没有明确给出一种用于读取图像采集与存储设备中图像数据的无线供能方法。根据电磁学规律，能量发射线圈与能量接收线圈的相对位置会对能量传输是否可行与无线能量传输效率产生很大的影响。将图像采集与存储设备放入无线能量发射装置中后，能量接收线圈与能量发射线圈的相对位置具有随机性，如果能量接收线圈所在平面与能量发射线圈所在平面互相平行，能量可以进行传输且能量传输效率最高；一旦能量接收线圈所在平面与能量发射线圈所在平面互相垂直，则无法进行有效可靠的能量传输，能量传输效率也降为最低。因此，为使***正常并且高效率的工作，在将图像采集与存储设备放入无线能量发射装置的过程中需要进行人工对准，这增加了人工操作的复杂性。

综上所述，针对申请号为200910080350.2的中国发明专利申请提出的用于生物体腔检查的全视角图像采集与存储***，目前并没有一种操作简单并且具有高可靠性以及高效率的图像数据读取***可用来为该***的图像读取工作提供能量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种便于用户操作，具有高可靠性和高效率的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法，设置的无线供能与能量接收装置具有多线圈的能量发射装置与单线圈的能量接收装置，为其图像读取工作提供持久能量。

(二)技术方案

为了解决上述问题，一方面，本发明提供一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，包括图像采集与存储设备和图像读取设备，还包括：无线供能与能量接收装置，

图像采集与存储设备，用于在人体消化道内全视角地采集并存储图像；

图像读取设备，用于读取所述图像采集与存储设备采集并存储的图像；

所述无线供能与能量接收装置包括具有多线圈结构的无线能量发射装置和具有单线圈结构的无线能量接收装置；

所述无线能量发射装置安装在所述图像读取设备中，用于发射电磁波；

所述无线能量接收装置安装在所述图像采集与存储设备中，用于接收电磁波，驱动所述图像采集与存储设备传出图像。

另一方面，本发明提供一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取方法，包括步骤：

S1，图像采集与存储设备未放入图像读取设备中时，电压检测模块依次检测无线能量发射装置中五个发射线圈两端的电压值，并将检测到的电压值传输至控制模块；

S2，图像采集与存储设备放入图像读取设备中时，电压检测模块再次依次检测无线能量发射装置中五个发射线圈两端的电压值，并将再次检测到的电压值传输至控制模块；

S3，控制模块分别计算五个发射线圈两端电压值的变化率，选择电压值变化率最大的发射线圈与输入电能连接，只令该线圈发射电磁波；

S4，无线能量接收装置中的接收线圈接收到电磁波并感生出交流电，将其转化成直流电后为读取图像数据提供能量。

(三)有益效果

本发明具有以下优点：本发明提供的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法大大降低了人工操作的复杂性，提高了无线供能的稳定性与高效性。

附图说明

图1是本发明实施例用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***原理结构示意图；

图2是本发明实施例用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***结构示意图；

图3是本发明实施例用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***中接收线圈与发射线圈的空间位置示意图；

图4是本发明实施例用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***中接收线圈在图像采集与存储设备中的位置；

图5是本发明实施例用于生物体腔检查的全视角图像采集与存储***的图像数据读取***中自适应控制电路的结构框图；

图6是本发明实施例用于生物体腔检查的全视角图像数据读取方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，为用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***原理结构示意图。该***包括用于在人体消化道内全视角地采集并存储图像的图像采集与存储设备1，以及用于读取图像采集与存储设备存储到的图像的图像读取设备2。图像采集与存储设备依靠其内部电池提供的电力在患者的消化道内进行图像的采集与存储，在其被患者排出体外后，通常情况下其内部的电池已被耗尽。为了读取图像采集与存储设备中存储的图像，需要将其放入具有无线能量发射装置的图像读取设备中，在无线能量发射装置为图像采集与存储设备提供了无线能量后，其存储的图像通过无线链路传送至计算机工作站5，以供医生检查。

如图2-5所示，该用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***包括图像采集与存储设备1、图像读取设备2和无线供能与能量接收装置。图像采集与存储设备1，其内部为由带有摄像设备12的6块电路板11组成的立方体，用于在人体消化道内全视角地采集并存储图像；图像读取设备2，用于读取图像采集与存储设备采集并存储的图像；无线供能与能量接收装置包括具有多线圈结构的无线能量发射装置3、单线圈结构无线能量接收装置4。无线能量发射装置3安装在图像读取设备2中，用于发射电磁波。无线能量接收装置3安装在图像采集与存储设备1中，用于接收电磁波，驱动图像采集与存储设备1传出图像。

其中，无线能量接收装置4包括一个接收线圈41、同接收线圈连接的匹配网络、整流器和稳压器；接收线圈41用于接收电磁波，为了不阻挡摄像设备的视野，可以将接收线圈41缠绕在摄像设备上，该接收线圈为螺旋线圈。该匹配网络为与接收线圈串联或并联的电容，其作用是使接收线圈工作于谐振状态。整流器用于将接收线圈感生的交流电转换为直流电；稳压器用于稳定直流电。

无线能量发射装置3包括五个分布于三维空间中三个坐标平面的发射线圈、同发射线圈连接的匹配网络和自适应控制电路36。

其中，发射线圈用于发射电磁波，五个发射线圈具体包括第一发射线圈31、第二发射线圈32、第三发射线圈33、第四发射线圈34和第五发射线圈35。该五个发射线圈均为螺旋线圈，放置在发射线圈骨架37上，该发射线圈骨架37安装在图像读取设备2中。五个发射线圈具体摆放位置为：第一发射线圈31和第三发射线圈33所在的平面相互平行；第二发射线圈32和第四发射线圈34所在的平面相互平行且均垂直于第一发射线圈31和第三发射线圈33所在的平面；第五发射线圈35所在的平面分别与第一发射线圈31、第二发射线圈32、第三发射线圈33和第四发射线圈34所在的平面垂直。该五个发射线圈均为相同的螺旋线圈，其线圈序号并不具有特殊含义。通过采用这种多发射线圈和单接收线圈的摆放位置，可以保证无论接收线圈具有何种随机的朝向，它都不可能同时垂直于五个发射线圈，即在任何时刻都会有至少一个发射线圈发射的电磁波可以被该接收线圈接收到，这也就保证了可靠的并具有全向性的无线能量传输。同发射线圈连接的匹配网络为与发射线圈相串联或并联的电容，其作用是使发射线圈工作于谐振状态，发射线圈在谐振状态下的无线能量传输效率较高。

当图像采集与存储设备1采集并存储好图像之后，需要将其放入到无线能量发射装置3中，由于发射线圈骨架占据了能量发射装置空间位置的五个平面，因此，留出的一个上平面以供图像采集与存储设备放入与取出。

自适应控制电路36用于控制五个发射线圈中无线能量传输效率最高的发射线圈发射电磁波。其中，自适应控制电路36包括电压检测模块361和控制模块362；电压检测模块361用于分别检测五个发射线圈两端的电压值；控制模块362根据电压检测模块361检测到的五个发射线圈的电压值，将五个发射线圈中电压变化率最高的发射线圈与输入电能进行连接。电压检测模块361包括包络检波电路3611和A/D转换器3612；包络检波电路3611用于分别检测五个发射线圈两端的电压值；A/D转换器3612，用于将包络检波电路检测到的电压信号进行转换并传输至数字控制电路；控制模块362包括数字控制电路3621和多路选择器3622；数字控制电路3621控制多路选择器3622，使五个发射线圈中电压变化率最高的发射线圈与输入电能进行连接。

自适应控制电路36，其工作原理与作用如下：当图像采集与存储设备1采集并存储好图像之后，将图像采集与存储设备1放入图像读取设备2里的能量发射装置3中后，由于接收线圈同发射线圈之间存在耦合，因此，在发射线圈的电路中会产生接收线圈的等效阻抗，该等效阻抗的值会随着耦合程度的不同而改变，同时该等效阻抗还会使连接了匹配网络的发射线圈两端的电压发生变化。通常情况下，由于接收线圈的朝向是随机的，因此，接收线圈同五个发射线圈的耦合程度是不同的，其在不同的发射线圈电路中产生的等效阻抗也不同，最终导致不同发射线圈两端的电压发生不同程度的变化。无线能量传输效率越高的发射线圈，其同接收线圈的耦合程度也越强，因此其两端的电压发生的变化越大。同理，无线能量传输效率越低的发射线圈，其同接收线圈的耦合程度也越弱，由接收线圈引起的其两端电压变化的程度也越小。自适应控制电路36通过电压检测模块361分别检测五个发射线圈两端的电压的变化，并从五个发射线圈中选择出无线能量传输效率最高的发射线圈，只将该发射线圈接至输入电能上进行工作而其他四个发射线圈不工作，为此可以实现根据接收线圈的朝向实施自适应的控制。输入电能是经过功率放大器放大的交流信号，具有一定的驱动能力。同五个发射线圈同时工作相比，这种选择无线能量传输效率最高的发射线圈进行工作的方式不仅减少了能量发射装置3的能耗，提高了能量传输的效率，同时也避免了如下情况的发生：如果令五个发射线圈均发射电磁波，在没有控制好各个发射线圈中电流流向的情况下，会导致接收线圈中产生的感生电动势被抵消掉，从而本应接收到的无线能量也同时被抵消。接收线圈接收到无线能量传输效率最高的发射线圈发射的电磁波后感生出交流电，经过整流器和稳压器的处理，该交流电转换为直流电并为图像数据的读取工作提供能量。在无线能量发射装置为图像采集与存储设备提供了无线能量后，其存储的图像通过无线链路传送至计算机工作站5，以供医生检查。

如图6所示，用于生物体腔检查的全视角图像数据读取方法具体包括如下步骤：

S1，图像采集与存储设备未放入图像读取设备中时，电压检测模块依次检测无线能量发射装置中五个发射线圈两端的电压值，并将检测到的电压值传输至控制模块。

将能量发射装置上电工作后，自适应控制电路也随之上电进行工作，电压检测模块首先以轮询的方式检测空载状态(即图像采集与存储设备未被放入能量发射装置中)时连接了匹配网络的五个发射线圈两端的电压值，并将其传至控制模块进行存储。

S2，图像采集与存储设备放入图像读取设备中时，电压检测模块再次依次检测无线能量发射装置中五个发射线圈两端的电压值，并将再次检测到的电压值传输至控制模块。

当图像采集与存储设备被放入能量发射装置中后，发射线圈的工作状态会根据发射线圈同接收线圈的耦合程度发生相应的变化，此时，电压检测模块再以同样的轮询方式分别对连接了匹配网络的五个发射线圈两端的电压值进行检测，并将新的电压值传至控制模块。

S3，控制模块分别计算五个发射线圈两端电压值的变化率，选择电压值变化率最大的发射线圈与输入电能连接，只令该线圈发射电磁波。

控制模块将两种状态下检测到的电压值进行计处理、计算，得到每个发射线圈两端电压值的变化率，从中选出电压值变化率最高的发射线圈，即选择了无线能量传输效率最高的发射线圈。最后，控制模块只将该发射线圈接至输入电能进行工作，而其他四个发射线圈不工作。

S4，无线能量接收装置中的接收线圈接收到电磁波并感生出交流电，将其转化成直流电后为读取图像数据提供能量。在无线能量发射装置为图像采集与存储设备提供了无线能量后，其存储的图像通过无线链路传送至计算机工作站5，以供医生检查。

本发明提出的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法，在进行图像读取时，不仅能够保证无线能量可以进行可靠的传输，同时又提高了能量的传输效率、减少了供能装置的能耗。通过使用该***，在将图像采集与存储设备放入图像读取设备中后，无需人工对其朝向进行调整，便可接收到具有最高无线能量传输效率的发射线圈所发射的能量。本发明用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***及方法大大降低了人工操作的复杂性，提高了无线供能的稳定性与高效性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，包括图像采集与存储设备和图像读取设备，其特征在于，还包括：无线供能与能量接收装置，

图像采集与存储设备，用于在人体消化道内全视角地采集并存储图像；

图像读取设备，用于读取所述图像采集与存储设备采集并存储的图像；

所述无线供能与能量接收装置包括具有多线圈结构的无线能量发射装置和具有单线圈结构的无线能量接收装置；

所述无线能量发射装置安装在所述图像读取设备中，用于发射电磁波；

所述无线能量接收装置安装在所述图像采集与存储设备中，用于接收电磁波，驱动所述图像采集与存储设备传出图像。

2.如权利要求1所述的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，其特征在于，所述无线能量接收装置包括一个接收线圈、同所述接收线圈连接的匹配网络、整流器和稳压器；

所述接收线圈用于接收电磁波；所述匹配网络使接收线圈处于谐振状态；所述整流器用于将接收线圈感生的交流电转换为直流电；所述稳压器用于稳定所述直流电。

3.如权利要求2所述的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，其特征在于，所述无线能量发射装置包括五个分布于三维空间中三个坐标平面的发射线圈、同所述发射线圈连接的匹配网络和自适应控制电路；

所述发射线圈用于发射电磁波；所述匹配网络用于使发射线圈处在谐振状态；

所述自适应控制电路用于控制五个发射线圈中无线能量传输效率最高的发射线圈发射电磁波。

4.如权利要求3所述的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，其特征在于，所述自适应控制电路包括电压检测模块和控制模块；

所述电压检测模块用于分别检测所述五个发射线圈两端的电压值；

所述控制模块根据电压检测模块检测到的五个发射线圈的电压值，选择五个发射线圈中能量传输效率最高的发射线圈与输入电能进行连接。

5.如权利要求4所述的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，其特征在于，所述电压检测模块包括包络检波电路和A/D转换器；

所述包络检波电路用于分别检测五个发射线圈两端的电压值；

A/D转换器，用于将包络检波电路检测到的电压信号进行转换并传输至数字控制电路；

所述控制模块包括数字控制电路和多路选择器；所述数字控制电路控制多路选择器，使五个发射线圈中能量传输效率最高的发射线圈与输入电能进行连接。

6.如权利要求3所述的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，其特征在于，所述五个发射线圈包括第一发射线圈、第二发射线圈、第三发射线圈、第四发射线圈和第五发射线圈；所述第一发射线圈和第三发射线圈所在的平面相互平行；所述第二发射线圈和第四发射线圈所在的平面相互平行且均垂直于所述第一发射线圈和第三发射线圈所在的平面；所述第五发射线圈所在的平面分别与第一发射线圈、第二发射线圈、第三发射线圈和第四发射线圈所在的平面垂直。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的用于生物体腔检查的全视角图像数据读取***，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈为螺旋线圈。

8.一种用于生物体腔检查的全视角图像数据读取的方法，其特征在于，包括步骤：

S1，图像采集与存储设备未放入图像读取设备中时，电压检测模块依次检测无线能量发射装置中五个发射线圈两端的电压值，并将检测到的电压值传输至控制模块；

S2，图像采集与存储设备放入图像读取设备中时，电压检测模块再次依次检测无线能量发射装置中五个发射线圈两端的电压值，并将再次检测到的电压值传输至控制模块；

S3，控制模块分别计算五个发射线圈两端电压值的变化率，选择电压值变化率最大的发射线圈与输入电能连接，只令该线圈发射电磁波；

S4，无线能量接收装置中的接收线圈接收到电压值变化率最大的发射线圈发射的电磁波后感生出交流电，将其转化成直流电后为读取图像数据提供能量。

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