JP2006524535A - データ送信を低減した診断装置、システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

胃腸（ＧＩ）管の画像などの人体の管腔または腔内の生体内画像を得ることができる装置、システムおよび方法であり、画像データ（７００）などのデータは典型的には、圧縮形式または希薄化形式（７３０）で受信システムに送信されるか、または送られる。画像は再構成され（７６０）、例えばユーザに対して表示される。

Description

本発明は、例えば消化管を画像化する生体内装置、システムおよび方法に関し、特に、送信または送信される情報が圧縮される生体内装置、システムおよび方法に関する。

当技術分野では、体内の管路または腔の生体内画像化を実行し、さらに画像情報以外の情報またはそれに追加した情報（例えば、温度情報、圧力情報）を収集する装置および方法は知られている。このような装置には、特に、各種の体管腔の画像化を実行する様々な内視鏡画像化システムおよび装置を含む。

生体内画像化装置には、例えばＧＩ管などの、人体の腔または管腔の内部の画像を取得する画像化システムを含む。画像化システムは、例えば、一組の発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の適切な光源などの照明ユニットを含むことができる。装置には画像化センサ、および画像化センサ上に画像の焦点を合わせる光学系を含むことができる。画像信号を送信するためのトランスミッタおよびアンテナを含むことができる。例えば患者に装着されるレシーバ／レコーダは、画像および他のデータを記録および格納できる。次に、記録されたデータは、レシーバ／レコーダからコンピュータまたはワークステーションにダウンロードされ、表示および分析される。このような画像化装置および他の装置は、ある一定期間内に画像データまたは他のデータなどのデータを送信できる。画像データを送信するのに消費される時間の量、およびそのような送信に必要な帯域幅を制限することは望ましい。時間を消費する送信は、送信できる画像または他のデータの量を制限する。他の生体内診断ユニットは、電波により送信する必要がなく、例えば収集された画像または他のデータは有線により送信できる。

したがって、より効率的にデータを送信する画像化装置などの生体内診断装置の必要性がある。

本発明の装置、システムおよび方法の実施形態では、胃腸（ＧＩ）管の画像などの人体の管腔または腔内の生体内画像を得ることができ、画像データなどのデータは典型的には、受信システムに送信されるか、または信れれる。本発明の一実施形態によれば、例えば画像情報を含む送信されるデータは圧縮される。データは適切な方法を用いて再構成され、例えばユーザに対して表示される。

以下の説明においては、本発明の様々な態様を述べる。説明の目的のために、特定の構成および詳細事項を示すことにより、本発明の全体としての理解を可能にする。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明はここで示す特定の詳細事項なしで実現できる。さらに、本発明を不明瞭にしないために、既知の特徴は省略または単純化される。

好ましくは、本発明のシステムおよび方法の実施形態は、Ｉｄｄａｎらへの米国特許第５，６０４，５３１号、および／または２００１年９月１３日発行の発明の名称「生体内画像化の装置およびシステム（Ａ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｉｎ Ｖｉｖｏ Ｉｍａｇｉｎｇ）」の国際公開第０１／６５９９５号に記載されたような画像化システムまたは装置と組み合わせて使用でき、これら両方は、参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、本発明による装置、システムおよび方法は、人体の管腔または腔からの画像化データまたは他のデータを提供するいかなる装置においても使用できる。別の実施形態においては、本発明のシステムおよび方法は、体内の画像情報以外の情報、例えば、温度、圧力またはｐＨ情報、送信装置の位置に関する情報、あるいは他の情報、を捕捉する装置において使用できる。

本発明の実施形態による生体内画像化システムの概略図を示す図１Ａから図１Ｄを参照する。図１Ａに示す例示的な実施形態においては、装置４０は画像を捕捉する摂取可能なカプセルでもよいが、別の種類の装置として、画像情報以外の情報を収集することもできる。典型的には、装置４０は、画像を捕捉するイメージャ４６などの少なくとも１つのセンサと、イメージャ４６により生成された信号を処理する処理チップまたは回路４７と、人体の管腔を照明するための１つ以上の照明源４２、例えば１つ以上の「白色ＬＥＤ」または任意の他の適切な光源とを含むことができる。光学システム５０は、例えば、１つ以上のレンズあるいは複合レンズアセンブリ（図示せず）、１つ以上の適切な光学フィルタ（図示せず）、あるいは他の適する光学素子（図示せず）などの１つ以上の光学素子（図示せず）を含み、反射光をイメージャ４６上に集光して、他の光学的処理を実行するのを支援できる。処理チップ４７は別個のコンポーネントである必要はなく、例えば、処理または処理チップはイメージャ４６に集積化することもできる。例えば温度センサ、ｐＨセンサまたは圧力センサなどの非画像センサ４９を含むこともできる。本発明の別の実施形態においては、センサ４６は温度センサ、ｐＨセンサまたは圧力センサなどの非画像センサであってもよい。

装置４０は典型的には、画像および場合により他の情報（例えば、制御情報、非画像データ等）を受信装置に送信するトランスミッタ４１と、データを圧縮する圧縮モジュール６００とを含むことができる。トランスミッタ４１は典型的には、高帯域入力を有する超低電力無線周波数（ＲＦ）トランスミッタであってもよく、場合によりチップスケールのパッケージングで提供される。トランスミッタはアンテナ４８を介して送信する。コントローラとして作用できるトランスミッタ４１はさらに、装置４０を制御する回路および機能を備えることができる。典型的には、装置は１つ以上の電池などの電源４５を含む。例えば、電源４５は酸化銀電池、リチウム電池、または高エネルギー密度を有する他の電気化学セル等を含むことができる。他の適切な電源を使用することも可能である。

他のコンポーネントおよびコンポーネントセットを使用することもできる。例えば、電源は、国際公開第０２／０８０７５３号の特許出願に記載されたような、カプセルに電力を伝達する外部電源であってもよく、またトランスミッタ４１と分離されたコントローラを使用することもできる。

一実施形態においては、イメージャ４６は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像化カメラでもよい。ＣＭＯＳイメージャは典型的には、超低電力イメージャであり、チップスケールのパッケージング（ＣＳＰ）に設けられ得る。１つの適切なＣＭＯＳカメラは、例えば、イスラエルのＧｉｖｅｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌｔｄ．により規定され、米国カリフォルニアのＰｈｏｔｏｂｉｔ Ｃｏｒｐ．により設計された、集積型能動ピクセルおよび後処理回路を有する「カメラ・オン・チップ」ＣＭＯＳイメージャである。別の種類のＣＭＯＳイメージャを使用することもできる。別の実施形態においては、例えばＣＣＤイメージャまたは他のイメージャなどの別のイメージャを使用することもできる。

典型的には、装置４０は患者に飲み込まれて、患者のＧＩ管を横断するが、血管、女性の生殖器官等のような人体の他の管腔または腔を、画像化または検査できる。装置４０は、画像および場合により他のデータを、患者の体外にあるコンポーネントに送信し、そこでデータを受信して処理できる。好ましくは、患者の体外の１つ以上の位置に配置されるのは、好ましくは装置４０からの画像および場合により他のデータを受信するためのアンテナまたはアンテナアレイ１５と、コントローラまたはプロセッサ１１３と、画像および他のデータを格納するためのレシーバ記憶ユニット１６とを含むレシーバ１２、データプロセッサ１４と、データプロセッサ記憶ユニット１９と、データを逆圧縮するためのデータ逆圧縮モジュール６１０と、特に、装置４０により送信され、レシーバ１２により記録された画像または画像の再構成版を表示するための画像モニタ１８である。典型的には、レシーバ１２およびレシーバ記憶ユニット１６は小型で携帯型であり、画像記録の間は患者の体に装着できる。好ましくは、データプロセッサ１４、データプロセッサ記憶ユニット１９およびモニタ１８は、例えば、プロセッサ１３、メモリ（例えば記憶ユニット１９、または他のメモリ）、ディスクドライブ、および入力−出力装置などの標準コンポーネントを備える、パーソナルコンピュータまたはワークステーションの一部であってもよいが、別の構成も可能である。別の実施形態においては、データ受信および記憶コンポーネントは、他の適切な構成であってもよい。さらに、画像および他のデータは、他のコンポーネントセットにより別の方法で受信できる。典型的には、作動においては、画像データはデータプロセッサ１４に転送され、プロセッサ１４はプロセッサ１３およびソフトウェアと共に、画像データを記憶、場合により処理し、モニタ１８に表示できる。収集画像データを記憶および／または表示する他のシステムおよび方法も使用できる。データプロセッサ１４、プロセッサ１３、レシーバ１２、コントローラ１１３、あるいは他のコンポーネントまたはコンポーネントセットのいずれかが、適切なコントローラまたはプロセッサとして作用するか、またはそれらを備えることにより、特にデータの受信および送信を制御し、データを再構成し、データを逆圧縮する等を実行する。

典型的には、装置４０は画像情報を別々の部分にして送信する。各部分は典型的には、画像またはフレームに対応する。他の送信方法も可能である。例えば、装置４０は０．５秒ごとに画像を捕捉し、このような画像を捕捉後、画像を受信アンテナに送信する。別の捕捉速度であってもよい。典型的には、記録および送信される画像データはディジタルカラー画像データであるが、別の実施形態においては、他の画像フォーマット（例えば、白黒画像データ）を用いることもできる。一実施形態においては、画像データの各フレームはそれぞれ２５６ピクセルの２５６列を含み、知られた方法に従って、各ピクセルは色および輝度のデータを含む。例えば、各ピクセル内では、色は４つのサブピクセルのモザイクにより表され、各サブピクセルは、赤、緑、または青などの原色に対応する（この場合、１つの原色は２度表示される）。別の実施形態においては、各ピクセルは１つの色のみを捕捉する。ピクセル全体の輝度は、例えば１バイト（すなわち、０から２５５）の輝度値により記録できる。他のデータフォーマットを用いることもできる。

本発明の装置、システムおよび方法の特定の実施形態においては、診断データは送信される必要はないが、有線などの別の方法により伝送できる。例えば内視鏡装置では、一端にある画像化装置は有線で受信装置にデータを送ることができる。

画像データを送信のに消費する時間の量、および／またはそのような送信に必要な帯域幅を制限することは望ましい。本発明のシステムおよび方法の実施形態は、送信する前に、画像および場合により他のデータを圧縮できる。圧縮されたデータは送信時間が短いため、例えばトランスミッタの帯域幅を増加させることなく、時間当たりより多くのデータを送信でき、およびより多くのデータ画像のフレームを送信できる。あるいは、より狭い帯域幅を用いて同一量のデータを送信できる。データ送信の別の態様は、限定されたエネルギー源を有する送信システムに関する。この場合には、送信に必要なビット量が少ないため、送信するビット当たりのエネルギーを大きくできる。画像データ以外またはそれに追加したデータは、送信および圧縮できる。例えば、制御情報は圧縮できる。さらに、画像情報以外、例えば圧力またはｐＨ情報などの遠隔測定情報を送信する装置においては、このような情報は圧縮される。別の実施形態においては、画像データは画像の対応する別々の部分として送信する必要はない。

したがって、例えば、送信機構の帯域幅が、例えば特定のビットレートにおいて１秒間に２フレームの非圧縮フレームリレー率を可能にする場合、同一の送信機構は、送信されるデータが圧縮されるかまたは圧縮の前に希薄化され、送信後に再構成される場合には、同一ビットレートを用いて、１秒当たりより多数のフレームの送信をサポートできる。したがって、一実施形態においては、１秒当たり多数のフレームが望ましい胃腸管の領域については（例えば、カプセルにより高速で横断される食道）、画像化装置は圧縮または希薄化データを送信する「高速モード」で作動でき、これにより、非圧縮データに比べて１秒当たりより多数のフレームの送信を可能にする。一実施形態においては、データは、例えば、補間および／または他の方法により追加され、完全な画像または完全な画像として表わされる画像を生成できる。

本発明の典型的な実施形態においては、装置４０は、装置４０から送信されるデータを圧縮し、そのデータを場合により中間回路を介してトランスミッタ４１に提供するデータ圧縮モジュール６００を含む。データ圧縮モジュール６００は、マイクロプロセッサまたはＡＳＩＣまたは他のマイクロコンピューティングデバイスの一部として、イメージャ４６または処理チップ４７の一部として、あるいは他の適切な方法で実現できる。別の実施形態においては、データ圧縮モジュール６００の機能は別の構成により実現でき、装置４０の様々な部分に配置できる。例えば、トランスミッタ４１はデータ圧縮能力を含むことができ、あるいはデータ圧縮モジュール６００はスタンドアロンユニットであってもよく、あるいはソフトウェアで実現してもよい。一実施形態においては、トランスミッタ４１は、例えば、イメージャ４６からビデオ信号を受信す受る変調器７０、無線周波数（ＲＦ）増幅器７２、およびインピーダンス整合器７４を含むことができる。変調器は、例えば５ＭＨｚ未満の遮断周波数ｆ_ｃを有する入力画像信号を、典型的には１ＧＨｚの範囲の（他の範囲も使用できる）搬送周波数ｆ_ｒを有するＲＦ信号に変換できる。一実施形態においては、信号はアナログビデオ信号であるが、変調する信号は別の信号、例えばアナログ以外のディジタル信号であってもよい。搬送周波数は別の帯域（例えば４００ＭＨｚ帯域）であってもよい。変調されたＲＦ信号はｆ_ｔの帯域幅を有してもよい。インピーダンス整合器は回路のインピーダンスをアンテナのインピーダンスに整合させることができる。様々な信号フォーマットおよび周波数範囲を利用する、他の適切なトランスミッタまたはトランスミッタコンポーネントの配列を用いることもできる。例えば、別の実施形態は整合されたアンテナテを含まないか、または整合回路のないトランスミッタを含むことができる。このような画像化装置４０の一実施形態においては、送信は、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）を用いて、４３４ＭＨｚの周波数で実行できる。別の実施形態においては、他の送信周波数および方法（ＡＭまたはＦＭなど）を利用できる。

好ましくは、レシーバ１２はここで述べた搬送周波数ｆ_ｒおよび帯域幅ｆ_ｃを有する信号を検出できる。レシーバ１２はテレビジョンに見られるレシーバと類似であってもよく、例えば、１９７０年にＪｏｈｎ ＷｉｌｅｙとＳｏｎｓにより出版された、Ｒ．Ｓｔｅｗａｒｔ ＭｃＫａｙによる「生物医学遠隔測定（Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ）」の、２４４ページから２４５ページに記載されているものと類似のレシーバであってもよい。レシーバはディジタルまたはアナログ方式のいずれでもよい。別の実施形態においては、別の種類の信号に応答する他のレシーバを使用することもできる。

好ましくは、レシーバ１２は、装置４０から受信されたデータを逆圧縮するデータ逆圧縮モジュール６１０を含む。典型的な実施形態においては、データ逆圧縮モジュール６１０は、マイクロプロセッサまたは他のマイクロコンピューティングデバイスであってもよく、またレシーバ１２の一部であってもよい。別の実施形態においては、データ逆圧縮（復号）モジュール６１０の機能は別の構成により実現でき、またシステムの様々な部分または２箇所以上の部分に配置できる。例えば、データ逆圧縮モジュール６１０はソフトウェアで実現でき、および／またはデータプロセッサ１４の一部として実現できる。レシーバ１２は圧縮データを逆圧縮せずに受信でき、その圧縮データをレシーバ記憶ユニット１６に格納できる。データは後に、例えばデータプロセッサ１４により逆圧縮できる。

好ましくは、トランスミッタ４１は装置４０の全体制御を提供することができ、別の実施形態においては、制御は別のモジュールにより提供され得る。好ましくは、データ圧縮モジュール６００はトランスミッタ４１とインターフェースして、画像データを受信しおよび圧縮でき、他のユニットは他のデータをデータ圧縮モジュール６００に提供できる。さらに、データ圧縮モジュール６００はトランスミッタ４１に、例えば画像データをデータ圧縮モジュール６００からトランスミッタ４１に転送する時間の開始または停止などの情報、このような画像データの各ブロックの長さまたはサイズ、およびフレームデータ転送レートなどの情報を提供できる。データ圧縮モジュール６００とトランスミッタ４１との間のインタフェースは、例えばデータ圧縮モジュール６００により処理できる。典型的には、データ圧縮モジュール６００は画像情報を別々の部分に圧縮する。各部分は典型的には、画像またはフレームに対応する。他の圧縮方法またはシーケンスが可能であり、圧縮および送信の他のユニットも可能である。一実施形態においては、画像データを圧縮するために、後続の画像を比較し、各画像でなく、これら画像間の差だけを送信できる。大部分の場合、後続の画像は類似であると仮定すると、画像間の差は画像そのものに比べてはるかに少ない情報を含む。

別の実施形態においては、データ圧縮モジュール６００とトランスミッタ４１との間のデータ交換は様々であり、様々な形態になる。例えば、サイズ情報は送信される必要がない。さらに、コンポーネントの別の配置を有する実施形態においては、各種コンポーネント間のインタフェースおよびプロトコルも異なる。例えば、データ圧縮能力がトランスミッタ４１に含まれ、イメージャ４６が非圧縮データをトランスミッタ４１に転送するような実施形態においては、開始／停止情報またはサイズ情報は転送されない。本発明の別の実施形態においては、データ圧縮モジュール６０１は、例えば図１Ｂに示す装置４０におけるイメージャ４６’の一部として実現できる。本発明の一実施形態においては、装置４０内のイメージャ４６’または別のコンポーネントは入力データの選択を実行して、希薄化画像を形成できる。このような場合には、トランスミッタ４１’は圧縮能力を備えないトランスミッタであってもよいが、データの選択を利用し、圧縮を併せて実行できる。本発明の別の実施形態においては、圧縮モジュール６０２は、例えば図１Ｃに示す装置４０における処理チップ４７’の一部にできる。処理チップ４７および４７’は、例えばマイクロプロセッサまたはＡＳＩＣまたは他の適切なマイクロコンピューティングデバイスであってもよい。本発明のさらに別の実施形態においては、圧縮モジュール６０３は、例えば図１Ｄに示す装置４０におけるようなスタンドアロンユニットとして含むことができる。

例えばモジュール６００（または６０１、６０２または６０３）などのデータ圧縮モジュール、およびデータ逆圧縮モジュール６１０は、様々なデータ圧縮フォーマットおよびシステムを使用できる。用いられる圧縮フォーマットは、圧縮の間にいくつかのデータが失われる圧縮フォーマットと、圧縮の間にデータが失われない圧縮フォーマットとを含むことができる。典型的には、データ圧縮モジュール６００およびデータ逆圧縮モジュール６１０は、このようなデータ圧縮を実行する回路および／またはソフトウェアを含んでもよい。例えば、データ圧縮モジュール６００またはデータ逆圧縮モジュール６１０（あるいは、他の圧縮または逆圧縮システム）がチップまたはＡＳＩＣ上のコンピュータとして実現される場合、データ圧縮モジュール６００またはデータ逆圧縮モジュール６１０は、データ圧縮アルゴリズムの命令を有するファームウェア上で作動するプロセッサを含むことができる。データ逆圧縮モジュール６１０がデータプロセッサ１４および／またはプロセッサ１３の一部として実現される場合、逆圧縮はソフトウェアプログラムの一部として実現できる。当業者には明らかであるが、圧縮モジュールは物理的分離コンポーネントである必要はなく、むしろ圧縮モジュールの機能はイメージャ４６’などの別のコンポーネントにより実行できる。

送られるイメージャのデータ量は、例えば１秒間に１．３５メガビット以上である。圧縮によりこの量を低減できる。圧縮後、および送信前に、ランダム化などの別の操作（例えば、トランスミッタ４１により実行される）が生じる可能性がある。例えば、ディジタル信号（「０」および「１」）の発生をランダム化して、送信が、一種の循環信号により妨害されないようにすることができる。

図２は、本発明の実施形態による方法の一連のステップを示す。図２を参照すると、ブロク２００において、飲み込めるカプセルなどの生体内装置は画像データを捕捉する。典型的には、装置内のイメージャは胃腸管の画像データを捕捉できるが、他の画像データ、例えば他の人体の管腔または腔からの画像データも捕捉できる。画像データ以外のデータまたはそれに追加したデータを捕捉することもできる。イメージャからの画像データは処理のために、他のユニットを送られる。

画像データはブロック２１０で圧縮される。このような圧縮または他の処理は、例えばトランスミッタ４１などの処理ユニットにより実行できる。画像データは典型的には、イメージャからまたは別のユニットを介して受け取られる。このような圧縮は典型的には、画像に対応する入力データを受信する処理に応答している。図２に示す実施形態においては、圧縮は捕捉データを希薄化するか、または送信するピクセルパターンのみを選択することにより達成できる。選択が典型的にはオリジナルのデータより少ないデータである場合に、このようなデータの選択の生成は、例えば、希薄化パターンに従って実行できる。あるいは、例えば後続画像のピクセルまたは領域間の差だけを転送できる。画像データは最初に、イメージャから圧縮モジュールにロードまたは転送されるか、あるいは、代替的にまたは追加して、イメージャにおいて圧縮できる。適用可能な場合は、画像データ以外のデータまたはこれに追加するデータ、例えば画像センサデータ以外のセンサデータ、制御データ等はブロック２１５において圧縮できる。本発明の一実施形態においては、例えば、データは送信のためにイメージャにより選択され、送信前に例えばＪＰＥＧまたは他のアルゴリズムにより、さらに圧縮される。選択されたデータは典型的には、オリジナルデータに比べて少ないデータである。

ブロック２２０では、データはレシーバに送信される。典型的には、例えば画像データなどのデータは、例えば電波（ＲＦチャネル）を用いて体外のレシーバに送信できるが、他の方法を利用することもできる。別の実施形態においては、画像または他のデータは有線などの別の方法で伝送できる。

ブロック２３０では、データは逆圧縮され、画像の再構成を可能にする。再構成は前処理、後処理等のさらなる要素を含んでよい。例えば、再構成された画像データは表示されるか、または後の利用のために格納できる。あるいは、圧縮された画像データは後の画像復元のために格納できる。

上のブロックにおいて述べたステップ以外の、適切なステップまたは一連のステップも利用可能である。

ここで述べたデータ圧縮方法は無損失か、または損失のある可能性がある。無損失のデータ圧縮は、圧縮データの正確な（歪みのない）復号化を可能にする。しかしながら、無損失の方法の圧縮比は限定される。損失のある圧縮方法は、圧縮された情報の正確な復号ができない場合がある。しかし、損失のある方法の圧縮比は無損失の方法に比べてはるかに大きい。多くの場合、損失のある方法のデータ歪は小さく、圧縮比は大きい。一般性の制限なく、本明細書におけるデータ圧縮機構の説明は、無損失および損失のある方法の両方に適合する。

本発明の実施形態においては、圧縮は、例えば希薄化パターンに従って選択される捕捉画像の部分のみを送信することにより達成できる。これは得られた画像にある程度の品質損失を生じるが、適切な希薄化パターンに従うピクセルの適切な選択と、希薄化された画像の適切な再構成とともに、送信された画像の品質を保存し、画像を無損失または無損失に近い状態に復元できる。希薄化パターンは、例えばあらかじめ決定でき、関連する作動条件、例えば、胃腸管における位置、またはｐＨ、温度、周囲光または色条件などの他の周辺条件、に基づいて装置のコンポーネントにより選択または生成でき、あるいは別の方法を用いて生成できる。データは希薄化パターン以外の手段により選択して送信できる。

本明細書においては、本発明の実施形態は様々な希薄化パターンとともに示されるが、当業者には、他の希薄化パターンを用いて本発明による圧縮された送信が可能なことは理解されるであろう。以下に示した典型的な希薄化パターンでは、ピクセルの２５６行×２５６列を有するイメージャを仮定し、各ピクセルは赤、青または緑色のうちの１つを表す。さらに、本発明の実施形態は、赤または青色ピクセルの２倍の緑色ピクセルを有するイメージャを示す。当業者には明らかなことであるが、本発明は様々な構成、サイズ、およびカラーパターンのイメージャを用いて実現できる。例えば、白黒イメージャを用いることもできる。

図３は、本発明の実施形態による１つの例示的希薄化パターンを示し、このパターンは、例えば、図示された配列の赤（Ｒ）３０２、緑（Ｇ）３０４、青（Ｂ）３０６を表すピクセルを有するイメージャにおいて使用されてもよい。図示されたこの第１の例示的な希薄化パターンでは、画像化装置は、例えば各行における４番目ごとのピクセルを送信でき、この場合、典型的には、すべての行において選択される全ピクセルは同一色を示す。３色、例えば、赤、青、緑、の場合には、送信のために選択された１つの色は２行目ごとに繰返され、一方、他の２色の選択は４行目ごとに交互になってよい。したがって、例えば、図の例においては、各４つの連続行の２つにおいて、赤色３０８が選択され、一方、残りの２行では、青３１０および緑３１２が４行目ごとに交互になる。このように、イメージャのピクセルアレイが２５６行×２５６列を有する場合、装置は、各行について６４ピクセルのみまたは４番目ごとのピクセルを送信できる。

図４は、本発明の実施形態により用いられてよい別の典型的希薄化パターンを示す。この第２の例示的希薄化パターンでは、パターンは４行ごとに繰り返され、ピクセルは第１行からは送信されず、４番目ごとのピクセルは次の２行のそれぞれから送信され、２番目ごとのピクセルは第４行から送信される。この実施形態においては、赤色ピクセル４０４または青色ピクセル４０６の２倍の緑色ピクセル４０２が送信されることがわかる。

本発明の特定の実施形態によれば、装置は、ピクセルの一部またはすべてについて、実際値と、他のピクセル、例えば隣接ピクセル、の既に決定されている値に基づく予測値との間の差を、送信できる。レシーバは他のピクセル値に基づいて予測値を決定し、送信される差により予測値を変更し、それにより、そのピクセルについてのオリジナルの実際値を再構成できる。本発明のこの実施形態は、無損失方式または損失のある方式で実施できることは明らかである。例えば、一実施形態においては、各ピクセルについて、そのピクセルの値または予測値に基づく正確な差のどちらかを送信できる。このような実施形態においては、再構成された画像の画像品質は損なわれない。別の例においては、しきい値を設定でき、しきい値より小さい予測値と実際値との間の差は送信されなくてもよい。後者の例では、再構成された画像の画像品質は若干損なわれる。

当業者には明らかなように、いくつかの希薄化パターンだけを詳細に説明してきたが、本発明の実施形態にしたがって、送信のためのいくつかピクセルまたは領域を選択し、その他は省略する、任意の適切な希薄化パターンを用いることができる。本発明の一実施形態においては、選択されるデータの生成には、例えば、少なくとも１つの他の入力データを参照して少なくとも１つの入力データを変更し、選択されるデータを生成することが含まれる。

随意には、本発明の実施形態による装置は、「単純」高速モード、「平均化」高速モード、または例えばここで述べたモードを含む任意の適切な希薄化パターンに対応する、他の適切なモードで作動できる。「平均化」モードにおいては、特定の色の選択されたピクセルについての送信される値は加算されるかまたは平均され、あるいは、隣接ピクセル、典型的には、同一色のピクセル、の値により影響される。例えば、図３においては、送信のために特定の希薄化パターンにより選択されたピクセル３０８は、送信に先立ち、同一色の近傍ピクセル３０２を用いてイメージャによって平均化される。平均化は圧縮モジュール、例えばイメージャ、によるか、または別のコンポーネントにより実行できる。この「平均化モード」は、例えば圧縮モジュール、例えばイメージャ、に固有のまたは外部からの制御ビットにより、有効または無効になる。当業者には明らかであるが、本発明による、１つ以上の近傍ピクセルを参照する入力ピクセルの任意の変更、例えば重み付け平均、を利用できる。

さらに随意に、本発明の実施形態においては、エラーを検出して修正するエラー訂正機構を備えることができる。特定の実施形態においては、制御または「オーバーヘッド」情報、例えば、プリフィックスヘッダおよび／またはサフィックスワードに含まれる情報、が各画像のピクセルに追加して送信できる。この制御情報は圧縮または非圧縮にできる。エラー訂正の各種の技法は公知であり、そのいずれかを本発明のいずれかの実施形態に関連付けて使用できる。本発明の特定の実施形態においては、イメージャがエラー訂正符号化を実行できる。

レシーバ端において、本発明の実施形態による様々な方法を用いて、送信された希薄化データから画像を再構成できる。再構成方法は、例えば選択された希薄化パターンに応じて変化する。

第１の例示的希薄化パターンを利用する本発明の実施形態においては、各ピクセルのカラー値の全マトリクスは、選択されたピクセルから様々な方法を用いて再構成できる。本発明の実施形態においては、選択されたデータ間の補間または重み付け補間を用いて、希薄化画像を再構成できる。データ再構成の適切な他の方法は、補間に追加してまたは補間の代わりに用いることができる。本発明の実施形態においては、希薄化画像から画像を再構成するとき、エッジ検出を利用して重み付け補間の重みを決定できる。例えば、図５に示すように、第１希薄化パターン内のサンプルされた赤色ピクセル５０２は、ひし形パターンである。本発明の一実施形態においては、ひし形を形成する４つのピクセル６０２の値のいくつかまたはすべてを用いて、図６にピクセル６０４で示すように、ひし形の中心におけるピクセル値を計算できる。本発明の一実施形態においては、ひし形の中心の周りの４つの値が平均されるが、いうまでもなく他の実施形態も可能である。例えば、エッジ検出または他の適切な方法を用いて、目的物のエッジに存在するピクセルの位置を特定できる。エッジ上に存在することを決定できるピクセルについては、例えば、中心値は、例えば４つの周囲ピクセルの重み付け平均により決定できる。ピクセルがエッジ上に存在するかどうかは、例えば、そのピクセルの勾配に基づいて決定できる。これとは別に、またはこれに追加して、中心値は周囲ピクセルのサブセットの重み付け平均により決定されてよい。一実施形態においては、中心値は周囲ピクセルのいくつかまたはすべての中央値に基づき決定されてよい。一実施形態においては、補間は必ずしも正方形である必要のないグリッド上にあってよい。例えば、ピクセル間の直交値は周囲の４つのピクセルの補間により得られる。この補間に関しては任意の適切な方法、例えば直線、二次、双三次、多項式、重み付け平均、または他の補間を利用できる。最初に選択されたピクセル間の対角線上に位置特定された残りのピクセルは、公知の方法を用いて補間できる。典型的には、補間は追加の画像データを生成するのに役立ち、結果的に再構成復元画像を得ることができる。

第１の希薄化パターン内の残りの２色に関しては、失われたピクセルは図６に示す正方形パターンから、補間の任意の適切な方法、例えば直線、二次、双三次、多項式、または他の補間方法により補間できる。最初に選択されたピクセル間の対角線上に配置された残りのピクセルは、例えば、公知の方法を用いて補間できる。失われたピクセルの補間の方法のみを列挙してきたが、当業者には、本発明のいずれかの実施形態に整合する任意の適切な補間の方法を使用できることは理解されるであろう。

第２の例示的な希薄化パターンによる画像データの再構成に関しては、前述のプロセスと類似の再構成プロセスを使用できる。したがって、例えば、サンプルされた緑色ピクセルにより生成されるひし形パターンは、第１の例示的な希薄化パターンにおける赤色ピクセルのひし形パターンと類似であり、残りの２色のピクセルは正方形パターンである。当業者には理解されるところであるが、本発明は上述の例示的な希薄化パターン（および再構成復元手法）に関しては限定されず、本発明による多くの他のパターンを使用できる。

本発明の実施形態においては、さらに、再構成画像を強調または改善する方法が提供される。本発明の実施形態においては、結果として得られる画像は、最初に選択されたピクセルのカラー値を変更することにより、例えば最初の値を、周囲の選択されたピクセルのいくつかまたはすべての値と共に取られる最初の値の重み付け平均値、例えば、周囲ピクセルの中央値、と置き換えることにより、平滑化できる。

本明細書で説明する様々な圧縮および／または希薄化方法は、複数モードまたは「高速モード」を有する装置で使用する必要はないが、様々な別の目的に使用できる。さらに、ピクセルの圧縮および希薄化は一緒に使用する必要はない。

典型的には、圧縮および／または希薄化プロセスは、トランスミッタ４１などの、装置４０内の制御回路により実行される。同様に、復元および／または逆圧縮は、例えばデータプロセッサ１４、逆圧縮モジュール６１０、プロセッサ１３等により、あるいはレシーバ１２内の構造体により実行できる。他の実施形態においては、このようなプロセスは他のコンポーネントにより実行できるのは当然であり、また本明細書で説明する方法は、装置４０、レシーバ１２、およびデータプロセッサ１４の構造以外の構造体を有する装置で実行できるのは当然である。例えば、入力データの選択を実行するなどの制御プロセスは、画像化コンポーネント、または別のコンポーネントにより実行できる。例えば、コントローラの一部は画像ユニット内にあると考えることができる。

さらに、本発明の実施形態においては、強調は、例えば画像の輝度値を変更して、それらをオリジナル値に近い値に回復することによりなされ得る。例えば、再構成されるピクセルの輝度は、近傍の最初に選択されたピクセルの値のみ、またはその値の大部分を用いて計算できる。別の実施形態においては、各ピクセルの輝度は、１つの色のみのピクセル値、例えば、緑色、を用いて得ることができる。本発明の実施形態に整合する、再構成されるピクセルの輝度値を得る別の方法を使用することもできるが、認識されるであろう。

本発明の特定の実施形態においては、画像の希薄化および再構成のプロセスによるカラーアーチファクトを、例えば画像内に見られるエッジ上に位置するピクセルの色を抑制することにより、低減する方法が提供される。本発明の実施形態においては、色抑制を用いて、例えば再構成中の色飽和ピクセルを修正できる。

本発明の実施形態においては、オリジナルのサンプルに対して前処理ブロックを追加できる。例えば、一実施形態においては、エッジを強調するために勾配評価を追加できる。さらに、本発明の一実施形態においては、再構成を強調するために後処理ブロックを追加して、例えば、補間アーチファクト、例えば、周期的アーチファクト、を修正できる。一実施形態においては、これらのアーチファクトは畳み込みまたはメディアンフィルタにより周波数領域で修正できる。

図７は、本発明の実施形態による、希薄化画像または他の適切なデータを再構成する方法の一連のステップを示す。図７を参照すると、ブロック７００において、選択されたデータ、例えば希薄化画像データが受信される。例えば、データはレシーバ１２、データプロセッサ１４、または他の適切な構造において受信される。ブロック７１０では、データまたは選択されたデータについて前処理がなされる。前処理には例えば、エラー訂正コードを用いるエラーの削除、ノイズの低減、エッジの検出および強調のための勾配評価、輝度計算等を含むことができる。他の適切な前処理も使用できる。ステップ７３０では、補間を実行して、例えばデータの空隙を満たすことができる。補間には、例えば直線、二次、双三次、多項式、重み付け平均、または他の適切な補間を含むことができる。エッジ情報を用いて、各サンプルに異なる重み付ができる。例えば、大きい勾配の方向に沿ったピクセル（エッジに近いと予測される）は、例えば、補間に含まれないようにできる。他の適切な重み付け係数を含むこともできる。本発明の一実施形態においては、輝度を計算し、補間の間における色と輝度との比を維持するために、補間中に使用される。他の適切な補間方法を実行することもできる。補間後、ブロック７６０において、補間されたデータについて後処理、例えば再構成画像の強調を実行できる。再構成された画像を強調する後処理には、例えば、画像の鮮明化、色抑制、輝度調整、畳み込みまたはメディアンフィルタを含むことができる。他の適切な後処理手法も実行できる。

本発明の実施形態には、本明細書における動作を実行する装置を含むことができる。このような装置は、特に、所望の目的（例えば、「コンピュータ・オン・チップ」またはＡＳＩＣ）のために構成でき、あるいはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムにより選択的に起動され、再構成される、汎用コンピュータを含むことができる。このようなコンピュータプログラムは、これらに限定されないが、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気または光カード、または電子命令を格納するのに適する任意の別のタイプの媒体などを含む任意のタイプのディスクのような、コンピュータの読み取り可能記憶媒体に格納できる。

本明細書に示すプロセスは本質的に、特定のいずれかのコンピュータまたは他の装置に関係しない。各種の汎用システムは、本明細書の教示に従うプログラムを用いることができ、あるいは、より特定化した装置を形成して所望の方法を実行するのに便利であることが立証されている。各種のこれらシステムについての所望の構成は、本明細書の説明からわかる。さらに、本発明の実施形態は特定のプログラム言語のいずれに関しても説明していない。各種のプログラム言語を利用して、ここで述べた本発明の教示を実行できることが理解されるであろう。

特に記載しない限り、本明細書から明らかなとおり、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」等の用語を用いる明細書の説明全体は、典型的には、コンピュータまたはコンピューティングシステムの動作および／またはプロセス、あるいは同様の電子コンピューティングデバイス（例えば、「コンピュータ・オン・チップ」またはＡＳＩＣ）を指すものとし、この電子コンピューティングデバイスは、コンピューティングシステムのレジスタおよび／またはメモリ内の電子的量などの物理的量で表されるデータを、コンピューティングシステムのメモリ、レジスタまたは他のこのような情報記憶装置、送信または表示装置内の物理量として同様に表わされる他のデータへ操作および／または変換する。

ここまで、本発明を限定された数の実施形態に関して説明してきたが、本発明の多くの変形形態、修正形態および他の応用が可能であることは理解されるであろう。本発明の実施形態には、本明細書の動作を実行する他の装置を含むことができる。このような装置もここで述べた要素に統合でき、あるいは別のコンポーネントを備えることにより、同一目的を実行できる。当業者には、添付の特許請求の範囲はこのような修正および変更のすべてを包含し、本発明の精神に包まれるものであることは理解されるであろう。

本発明の実施形態による生体内画像化システムの概略図である。 本発明の実施形態による生体内画像化システムの概略図である。 本発明の実施形態による生体内画像化システムの概略図である。 本発明の実施形態による生体内画像化システムの概略図である。 本発明の実施形態による方法の一連のステップを示す図である。 本発明の実施形態によるピクセルを選択する、第１の例示的な希薄化パターンの概略図である。 本発明の実施形態によるピクセルを選択する、第２の例示的な希薄化パターンの概略図である。 本発明による例示的な希薄化パターンに従って選択される、一色のピクセルの概略図である。 本発明による例示的な希薄化パターンに従って選択されるピクセルに基づく画像の部分的再構成の概略図である。 本発明の実施形態による希薄化画像を再構成する方法の一連のステップを示す図である。

Claims (38)

1. 画像データを受信ユニットに送信する方法であって、
   生体内イメージャからの複数の入力データを受信し、
   前記複数の入力データから、入力データより少ない選択されたデータを生成し、
   前記選択されたデータを送信することを含む、方法。
2. 選択されたデータの前記生成は、希薄化パターンに従って前記複数の入力データから選択されたデータを少なくとも生成することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 選択されたデータの生成は、少なくとも１つの別の入力データを参照して少なくとも１つの入力データを変更することにより、選択されたデータを生成することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの入力データの変更は、少なくとも１つの別の入力データを用いて前記少なくとも１つの入力データを平均化することを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記選択されたデータに基づいて再構成されたデータを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 再構成されたデータの生成は、前記選択されたデータを補間することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 補間は、直線補間、二次補間、双三次補間、多項式補間、および重み付け平均補間を含むグループから選択される、請求項５に記載の方法。
8. 選択されたデータについて勾配評価を実行することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 選択されたデータからのデータがエッジ上に存在するかどうかを決定することを含む、
   請求項５に記載の方法。
10. 色抑制を実行することを含む、請求項５に記載の方法。
11. 輝度調整を実行することを含む、請求項５に記載の方法。
12. 補間アーチファクトを補正することを含む、請求項６に記載の方法。
13. 画像の鮮明化を実行することを含む、請求項５に記載の方法。
14. 前記複数の入力データはピクセルに対応する複数のデータを少なくとも含み、前記複数の入力データからの前記選択されたデータの生成は、前記ピクセルに対応する前記複数のデータのサブセットを選択することにより前記選択されたデータを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
15. 画像に対応する複数の入力データを受信するイメージャと、
    前記入力データの選択を送信するトランスミッタと、
    入力データの前記選択を受信するレシーバと、
    入力データの前記選択に基づいて再構成されるデータを補間するプロセッサと、を備える、生体内画像化システム。
16. 前記イメージャは前記入力データからの前記選択データを生成する、請求項１５に記載の生体内画像化システム。
17. 入力データの前記選択および前記再構成されたデータに対応する表示画像を観察するための表示器を備えている、請求項１５に記載の生体内画像化システム。
18. イメージャと、
    画像に対応する複数の入力データを受信し、入力データより少ないデータを含む、前記入力データの選択を生成する、コントローラと、を備える、生体内装置。
19. 前記コントローラは、希薄化パターンに基づき前記入力データの前記選択を生成する、請求項１８に記載の生体内装置。
20. 前記コントローラは、少なくとも１つの別の入力データを参照して入力データを変更することにより、入力データの前記選択を生成する、請求項１８に記載の生体内装置。
21. 前記コントローラは、少なくとも１つの別の入力データを用いて前記少なくとも１つの入力データを平均化することにより、前記少なくとも１つの入力データを変更する、請求項１８に記載の生体内装置。
22. 前記複数の入力データはピクセルに対応する複数のデータを少なくとも含み、前記コントローラは、前記ピクセルに対応する前記複数のデータのサブセットを選択することにより、前記選択されたデータを生成する、請求項１８に記載の生体内装置。
23. 装置は自律カプセルである、請求項１８に記載の生体内装置。
24. 画像に対応する複数の入力データを受信する入力手段と、
    前記入力データの選択を生成する選択手段と、を備える、生体内装置。
25. 選択された画像データから画像を再構成する方法であって、
    生体内装置から、入力データより少ないデータを含む選択された画像データを受信し、
    選択された画像データを前処理し、
    選択された画像データを補間することを含む、方法。
26. 補間は、直線補間、二次補間、双三次補間、多項式補間、および重み付け平均補間を含むグループから選択される、請求項２５に記載の方法。
27. 補間は、再構成画像となる追加の画像データを生成するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
28. 補間された画像データを後処理することを含む、請求項２５に記載の方法。
29. 後処理は、画像の鮮明化、色抑制、輝度調整、畳み込み及びメディアンフィルタの適用を含むグループから選択される、請求項２８に記載の方法。
30. 前処理は、エラー訂正コードの適用、ノイズの低減、エッジの検出を含むグループから選択される、請求項２５に記載の方法。
31. 前記復元されたデータに基づき表示画像を生成することを含む、請求項２５に記載の方法。
32. 画像を再構成するシステムであって、
    生体内装置から選択された画像データを受信し、
    選択された画像データを前処理し、
    選択された画像データを補間して、選択された画像データより多いデータを含む再構成された画像データを生成するコントローラを備える、システム。
33. 補間は、直線補間、二次補間、双三次補間、多項式補間、および重み付け平均補間を含むグループから選択される、
    請求項３２に記載のシステム。
34. 補間は再構成画像となる追加の画像データを生成するステップを含む、請求項３２に記載のシステム。
35. 補間された画像データを後処理することを含む、請求項３２に記載のシステム。
36. 後処理は、画像の鮮明化、色抑制、輝度調整、畳み込み及びメディアンフィルタの適用を含むグループから選択される、請求項３５に記載のシステム。
37. 前処理は、エラー訂正コードの適用、ノイズの低減、勾配評価、エッジの検出を含むグループから選択される、請求項３２に記載のシステム。
38. コントローラは前記選択された画像データに基づき再構成されるデータを生成する、請求項３２に記載の生体内装置。

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