DE20122488U1 - Vorrichtung und System für In-Vivo-Bildgebung - Google Patents

Abstract

SchluckbareKapsel zur Bildgebung des Gastrointestinaltrakts, umfassend:
– einenBildgeber;
– eineBeleuchtungsquelle zur Beleuchtung des Gastrointestinaltrakts;
– ein optischesSystem zur Abbildung des Gastrointestinaltrakts auf den Bildgeber;und
– einenHochfrequenzsender zum Senden des Ausgangssignals des Bildgebersan ein externes Empfangssystem bei ungefähr 432 bis 434 MHz.

Description

• Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine schluckbare Kapsel undein System zur Bildgebung des Verdauungstraktes.
• Unterden bekannten In-Vivo-Meßsystemen befindensich die Endoskope, die oft verwendet werden, um Bilder des oberenoder des unteres Magen-Darm-Traktes bzw. Gastrointestinaltraktsbereitzustellen. Jedoch stellen Endoskope keine Ansichten der gesamtenLänge desDünndarmesbereit. Zusätzlichsind sie unbequem, könnendem Patienten Schaden zufügenund sind komplex zu bedienen.
• Schluckbareelektronische Kapseln, die mittels des Verdauungsvorgangs durchden Verdauungstrakt bewegt werden, und welche Daten sammeln unddie Daten an ein Empfangssystem senden, sind bekannt. Ein Beispielist die "Heidelberg"-Kapsel. Ein weiteres Beispiel ist eineKapsel, die inUS 5,604,531 offenbartist. Diese Kapseln könnenverwendet werden, um überallim Darm den pH-Wert, die Temperatur und den Druck zu messen.
• Dievorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in der In-Vivo-Bildgebung.
• DieVorrichtung und das System der vorliegenden Erfindung erlauben dieGewinnung von In-Vivo-Bildern aus dem Inneren von Körperlumenoder -höhlen,wie Bildern der gesamten Längedes Magen-Darm-(GI)-Traktes. Die Vorrichtung und das System beinhaltenein Bildgebungssystem, das eine Bildgebungskamera mit komplementärem Metalloxidhalbleiter(CMOS) enthält.Die Vorrichtung beinhaltet ebenso einen Hochfrequenzsender (RF)mit sehr niedriger Leistung zum Senden von Signalen aus der CMOS-Bildgebungskameraan ein Empfangssystem.
• DieCMOS-Bildgebungskamera ist ein Bildgeber mit sehr niedriger Leistung,weist eine geringe Empfindlichkeit auf das rote Spektrum auf undwird mit einem chipskalierten Gehäuse (CSP=chip scale packaging)bereitgestellt. Der Sender ist ein RF-Sender mit sehr niedrigerLeistung mit einem Eingang hoher Bandbreite, der möglicherweisein einem chipskalierten Gehäusebereitgestellt wird.
• Diehohe Integration und der niedrige Energieverbrauch, die durch dasBildgebungssystem der Vorrichtung und des Systems der Erfindungerreicht werden, waren vor dem Fortschritt in der CMOS-Technologienicht verfügbar.Ferner ist ein Sender sehr niedriger Leistung mit Eingang hoher Bandbreitefür Videosignaleim Stand der Technik unbekannt. Ebenso wurde im Stand der Technikbislang kein RF-Produkt in CSP offenbart.
• Fernerkann das Bildgebungssystem eine weiße lichtemittierende Diode(LED) als eine Lichtquelle anstelle einer rötlich glühenden Miniaturbirne oder einerRGB LED verwenden, wie sie derzeit im Stand der Technik verwendetwird. Die weißeLED ermöglichtdie Schaffung einer höherenQualitätund eines fürdas Auge angenehmeren Bildes.
• Daherwird gemäß einerAusführungsform derErfindung eine In-Vivo-Bildgebungsvorrichtung bereitgestellt.Die Vorrichtung besteht aus wenigstens einem Bildgebungssystem zurErzeugung eines Videoausgangssignals, vorzugsweise eines digitalen Ausgangssignals,und einem Sender, der das Videoausgangssignal an ein empfangendesSystem sendet.
• DasBildgebungssystem enthälteine CMOS-Bildgebungskamera, wenigstens eine Beleuchtungsquellezum Beleuchten einer In- Vivo-Stelleund ein optisches System zum Abbilden der In-Vivo-Stelle auf der CMOS-Bildgebungskamera.
• DieBeleuchtungsquelle kann eine weiße LED sein. Der Begriff "weiße LED", wie er hier verwendetwird, bezieht sich auf eine Kombination eines blauen LED-Chips (emittiertLicht in dem blauen Spektralbereich) und einem Brechungskristall.Der blaue LED-Chip ist derart innerhalb des Brechungskristalls eingekapselt,dass auf den Kristall einfallendes blaues Licht in verschiedenenSpektren emittiert wird, was zu weißem Licht führt. Das von dem Brechungskristallemittierte weißeLicht weist einen kleinen Anteil von rotem Licht und einen nochkleineren, beinah nicht existierenden Anteil von Infrarot-(IF)-Licht auf.
• DieBeleuchtungsquelle kann eine spezifische integrierte Lichtquellesein, in der eine Brechungskristallmatrix eine Mehrzahl von darinintegrierten blauen LED-Chips aufweist.
• DieKomponenten der Vorrichtung sind in einem Gehäuse mit einem optischen Fenstervorgesehen. Das Gehäuseist konfiguriert, um in Körperlumenoder -höhleneingeführtzu werden und sie zu passieren.
• Ebensowird gemäß einerAusführungsform derErfindung ein System zur In-Vivo-Bildgebung bereitgestellt, dasein Bildgebungssystem enthält,das ein Videoausgangssignal erzeugt, vorzugsweise ein digitalesAusgangssignal, einen Sender, der das Videoausgangssignal des Bildgebungssystemssendet und ein Empfangssystem zum Empfangen des gesendeten Videoausgangssignals.Das Bildgebungssystem besteht aus einer CMOS-Bildgebungskamera,einer Beleuchtungsquelle zum Beleuchten einer In-Vivo-Stelle undeinem optischen System zum Abbilden der In-Vivo-Stelle auf der CMOS-Bildgebungskamera.
• DasSystem kann ferner eine Antennenanordnung umfassen, die in der Lageist einen Körper zuumgeben, und die eine oder eine Mehrzahl von Antennen umfasst, zumEmpfangen des übermitteltenVideoausgangssignals und zum Erzeugen einer Mehrzahl von empfangenenSignalen. Das System kann auch einen Demodulator enthalten, derin der Lage ist, die Mehrzahl von empfangenen Videosignalen in eineneinzelnen bzw. einzigen Videodatenstrom zu verwandeln. Das Systemkann auch ein Datenverarbeitungssystem umfassen, das Verfolgungs- undVideodaten aus dem einzigen Datenstrom erzeugt.
• DasEmpfangssystem und der Datenprozessor sind typischerweise außerhalbeines Patienten angeordnet.
• Optionalkann das System auch ein Gerät zumintermittierenden Betreiben des Senders einschließen.
• Ineiner Ausführungsformder Erfindung ist die Vorrichtung eine schluckbare Kapsel mit einem optischenFenster, und enthältein Bildgebungssystem zum Erhalten von In-Vivo-Bildern der gesamten Länge desGI-Traktes, und einen Sender, der die erhaltenen Bilder an ein Empfangssystemsendet.
• DasBildgebungssystem besteht aus einer CMOS-Bildgebungskamera, einer weißen LEDund einer Linse zum Abbilden einer Stelle des GI-Trakts auf dieCMOS-Bildgebungskamera.Die schluckbare Kapsel enthältauch eine eingeschlossene Energiequelle zum Bereitstellen von Energiean die gesamten elektrischen Elemente der Kapsel.
• Gemäß einerAusführungsformder Erfindung wird ebenfalls ein Sender zum Senden von Signalenauf RF an ein Empfangssystem bereitgestellt. Der Sender, der durcheinen normalerweise offenen (NO) Schalter gesteuert wird, enthält einenSteuerungsblock zum Steuern der Beleuchtung und des Bildgebers derVorrichtung der Erfindung.
• DerNO-Schalter wird durch einen äußeren Magnetengesteuert, der den Schalter geschlossen hält, während er in der Nähe des Schaltersist. Jedoch unterhältein innerer Block die Logik eines offenen Schalters, um die Senderschaltkreiseund alle Kapselhauptuntersysteme inaktiv zu halten, während der äußere Magnetvorhanden ist. Entfernen des äußeren Magnetesbewirkt, dass der Schalter sich öffnetund der innere Block sich schließt, wodurch die Aktivierungder Senderschaltkreise und der Kapselhauptuntersysteme erlaubt wird.
• Fernerwird ein Verfahren zum Erhalten von Bildern in vivo bereitgestellt.Das Verfahren schließt dieSchritte ein: Beleuchten einer Stelle in vivo, Sammeln von zurückgeworfenemLicht auf Pixel einer CMOS-Bildgebungskamera, um dadurch ein analogesSignal zu erzeugen; Verarbeiten und Umwandeln des analogen Signalsin ein digitales Signal; Randomisieren des digitalen Signals; Sendendes digitalen Signals an ein Empfangssystem; und Verarbeiten der gesendetenSignale, um Bilder der In-Vivo-Stelle zu erhalten.
• KURZE BESCHREIBUNGDER ZEICHNUNGEN
• Dievorliegende Erfindung ist besser zu verstehen und zu würdigen ausder folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen mit den Zeichnungenzu sehen ist, in denen:
• 1 eineschematische longitudinale Querschnittsdarstellung einer In-Vivo-Bildgebungsvorrichtunggemäß einerAusführungsformder Erfindung ist;
• 2 eineschematische Darstellung der CMOS-Bildgebungskamera gemäß einerAusführungsformder Erfindung ist;
• 3 eineschematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung gemäß einerAusführungsformder Erfindung ist, mit einer spezifischen integrierten Beleuchtungsquelle;
• 4 einBlockdiagramm des Senders gemäß einerAusführungsformder Erfindung ist; und
• 5 eineBlockdiagrammdarstellung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsformder Erfindung ist.
• DieVorrichtung und das System der Erfindung werden zum Betrachten voninneren Körperlumenund -höhlen,und zum Übermittelnzumindest von Videodaten verwendet.
• Eswird nun Bezug genommen auf1, die dieVorrichtung und ihre Komponenten gemäß einer Ausführungsformder Erfindung darstellt. Die Vorrichtung10 umfasst typischerweiseein optisches Fenster21 und ein Bildgebungssystem zumErhalten von Bildern aus dem Inneren eines Körperlumens, wie dem GI-Trakt.Das Bildgebungssystem enthälteine Beleuchtungsquelle23, wie eine weiße LED,eine CMOS-Bildgebungskamera, die die Bilder erfasst, und ein optischesSystem22, das die Bilder auf die CMOS-Bildgebungskamera24 bündelt. DieBeleuchtungsquelle23 beleuchtet die inneren Teile desKörperlumensdurch ein optisches Fenster21. Die Vorrichtung10 schließt fernereinen Sender26 und eine Antenne27 ein, zum Sendendes Videosignals der CMOS-Bildgebungskamera24, und eineEnergiequelle25, wie eine Silberoxidbatterie, die Energiean die elektrischen Elemente der Vorrichtung10 liefert.
• Manversteht, dass eine Mehrzahl von CMOS-Bildgebungskameras in derVorrichtung und dem System der Erfindung verwendet werden können. JedeCMOS-Bildgebungskamera kann in sich ein optisches System und entwedereine oder mehrere Beleuchtungsquellen gemäß spezifischen Anforderungender Vorrichtung oder des Systems enthalten.
• Durchdie CMOS-Kamera24 erhaltene Bilder werden an ein Empfangssystem(nicht gezeigt) gesendet, das auch eine Datenverarbeitungseinheit enthaltenkann. Das Empfangssystem und die Datenverarbeitungseinheit sindtypischerweise außerhalbeines Patienten angeordnet.
• DieVorrichtung10 ist kapselförmig, kann leicht geschlucktwerden und kann passiv den gesamten GI-Trakt passieren, entlanggeschobendurch die natürlichePeristaltik.
• Nichtsdestotrotzversteht man, dass die Vorrichtung jedwede Form aufweisen kann,die zum Einführenin ein Körperlumenoder eine -höhleund zum Passieren geeignet ist. Ferner kann die Vorrichtung derErfindung an einem Instrument angebracht oder fixiert sein, dasin Körperlumenund -höhleneingeführtwird, wie einem Endoskop, einem Laparoskop, einem Stent, einer Nadel,einem Katheter etc.
• Somitkann die Vorrichtung durch Schlucken, durch Verwenden einer endoskopischenVorrichtung, durch Chirurgie usw. in ein Körperlumen oder eine -höhle eingeführt werden.
• Einegeeignete CMOS-Bildgebungskamera24 ist zum Beispiel einCMOS-Bildgeber der Art einer "Kamera-auf-einem-Chip", wie er durch GivenImaging Ltd. aus Yokneam, Israel, spezifiziert und durch PhotobitCorporation aus Kalifornien USA entworfen wurde, mit integriertenaktiven Pixelschaltungen und Nachverarbeitungsschaltungen (wie unterBezugnahme auf2 weitergehender beschriebenwird). Die einzelne Chip-Kamera kann entweder Schwarzweiß- oderFarbsignale bereitstellen.
• DieCMOS-Bildgebungskamera24 ist so entworfen, dass sie wenigerempfindlich auf Licht in dem roten Spektrum als bekannte CMOS-Bildgebungskamerasist.
• Dasoptische System22 umfasst wenigstens eine Linse und optionalSpiegel und/oder Prismen zum Sammeln und Parallelrichten rückgeworfenen Lichtsauf die Pixel der CMOS-Bildgebungskamera24.Typischerweise umfasst das optische System eine asphärische fokussierendeLinse. Eine geeignete Linse ist zum Beispiel die durch Given ImagingLtd. aus Yokneam, Israel, entworfene Linse gemäß spezifischer Parameter einerObjektebene, der Verzerrung und Auflösung.
• DieBeleuchtungsquelle23 übermittelteine Beleuchtung an die Wändedes Körperlumens über dasoptische Fenster21. Die Linse des optischen Systems22 bündelt dannzurückgeworfenesLicht auf die Pixel der CMOS-Bildgebungskamera24.
• Eineeinzelne oder eine Mehrzahl von Lichtquellen, oder eine spezifischeintegrierte Lichtquelle könnenverwendet werden, und gemäß spezifischen Bildgebungserfordernissenpositioniert sein, um z.B. Streulicht etc. zu vermeiden. Auch dasoptische Fenster21 kann gemäß der Vorrichtungsform und gemäß spezifischenBildgebungserfordernissen positioniert und geformt sein. Zum Beispielkönnenoptimierte Bildgebungsbedingungen erhalten werden, wenn ein optischesFenster21 gebildet ist, um eine ellipsoidförmige Kuppelzu definieren, und das CMOS-Bildgebungs-Chip-Kamerasystem24 unddie Beleuchtungsquellen23 in der Nähe der Brennebene der durchdie optische Kuppel definierten Form positioniert sind. Die Schaffungder obigen Bildgebungsbedingungen ist in WO 00/76391 beschrieben,die dem gemeinsamen Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragenworden ist, und die hier durch Bezugnahme vollständig inkorporiert wird.
• Diein der vorliegenden Erfindung abgebildeten In-Vivo-Stellen sind gewöhnlich sehrnahe an dem Bildgeber. Zum Beispiel bildet eine 11 × 30 mm Kapsel,die einen Dünndarmpassiert und abbildet, die Darmwändeaus einer sehr kurzen Entfernung ab. Es ist daher möglich, denBeleuchtungserfordernissen des Bildgebungsprozesses unter Verwendung vonFestkörper-Beleuchtungsquellen,wie LEDs, zu genügen.
• Ineiner Ausführungsformder Erfindung ist die Beleuchtungsquelle eine weiße LED.Das von der weißenLED emittierte weißeLicht hat einen kleinen Anteil von rotem Licht und einen noch kleinerenAnteil von IR-Licht. Somit ist eine weiße LED günstig für die Verwendung bei Bildgebungssensorenauf Siliziumbasis (wie CMOS-Bildgebungskameras),wegen der Empfindlichkeit von Silizium gegenüber rotem und IR-Licht.
• Ineinem System, das die CMOS-Bildgebungskamera der Erfindung mit ihrerverminderten Empfindlichkeit auf Licht in dem roten Spektrum und eineweißeLED Beleuchtungsquelle enthält,werden keine IR-Rückweisungsfilter(Photopische Filter) benötigt.
• Eingeeigneter Sender kann einen Modulator, der das Videosignal (entwederdigital oder analog) von der CMOS-Bildgebungskamera empfängt, einenFrequenz-(RF)-Verstärker,einen Impedanzanpasser und eine Antenne umfassen. Der Sender wird in4 weitergehenderdargestellt.
• Andereoptionale Teile des Systems, ebenso wie das Verfahren zum Lokalisiereneiner das System enthaltenden Kapsel innerhalb des Verdauungssystemskönnen ähnlich zudem inUS 5,604,431 Beschriebenensein (die dem gemeinsamen Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde,und die hierdurch in vollem Umfang durch Bezugnahme inkorporiertwird).
• DieVorrichtung10 kann zusätzlichSensorelemente zum Messen von pH-Wert, Temperatur, Druck etc. enthalten.Diese Sensorelemente, von denen einige im Stand der Technik beschriebensind, könnenjedwede Elemente sein, die zum Messen von Bedingungen geeignet sind,die in dem Körperlumen vorherrschen(zum Beispiel dem Verdauungssystem), und die in der Lage sind, ander Vorrichtung angebracht oder in ihr aufgenommen zu sein.
• Nunwird Bezug genommen auf2, in der ein schematischesLayout der CMOS-Bildgebungskamera dargestellt ist. Die CMOS-Bildgebungskamera200 umfasstSchaltungen füraktive Pixel und für eineNachverarbeitung auf einem einzigen Chip. Die CMOS-Bildgebungskamera200 enthält eineFotozelle202 (die Pixel der CMOS-Bildgebungskamera), einenCorrelated Double Sampler (CDS)204, einen Analog-zu-Digital-(A/D)-Wandler206,eine Verschlüsselungs-und Zufallserzeugungs- bzw. Randomisierungseinheit208 undeinen Zeiteinstellungserzeuger210 zum Steuern und Synchronisierender Schaltungselemente.
• Durchein optisches System gesammeltes Licht wird auf die CMOS-Bildgebungskamera200 gerichtetund Photonen werden in Elektronen umgewandelt, wenn das Licht durchFotozellen202 absorbiert wird. Elektronen werden in einenelektrischen Strom umgewandelt und ein analoges Signal wird durchdie Schaltungen füraktive Pixel erzeugt. Das Analogsignal wird für eine weitere Verarbeitung durcheine On-Chip-Nachverarbeitungsschaltungbefördert.Das Signal wird durch den CDS204 weiter verarbeitet. DerCDS204 führteine korrelierte Doppelabtastung zum Löschen von Rauschen und zum Signalschärfen durch,bevor das Signal an den A/D-Wandler befördert wird. Der A/D-Wandler206 ist eingewandelter serieller Ausgang A/D, der eine serielle Niederleistungsübermittlungvon Signalen ermöglicht.Das Signal wird in ein digitales Signal umgewandelt und ferner zurCodierungs- und Randomisierungseinheit208 zum Definierenvon Rahmen und Zeilenparametern (Codieren) und zum Vorbereiten derSignale zum Senden (Randomisieren) befördert. Die Codierungs- undRandomisierungseinheit208 randomisiert das Auftreten derdigitalen "0" und "1" Signale derart, dass eine Übermittlungnicht durch ein wiederauftretendes Signal von einem Typ behindertwird.
• DieCMOS-Bildgebungskamera200 wird von Given Imaging Ltd.aus Yokneam, Israel, spezifiziert und durch Photobit Corporation,Kalifornien, USA, gemäß einerauf eine In-Vivo-Bildgebungeingestellten Spezifizierung entworfen. Der CMOS-Bildgebungs-Chip braucht eine sehr geringeLeistung (weniger als 3 Milliwatt). Die Dynamik des Anstiegs des Dunkelstroms,der durch die Bildgebungskamera als eine Funktion der Temperaturerzeugt wird, ist geringer als die von Festkörperelementen, die aus dem Standder Technik bekannt sind, so dass bei 37°C ein niedriger Anteil des Ausgangsvideosignalsein Dunkelstrom ist. Ferner weist die Bildgebungskamera, wie obendiskutiert, eine verminderte Empfindlichkeit auf Licht im rotenSpektrum auf, was die Notwendigkeit nach photopischen Filtern vermindert.
• Nunwird Bezug genommen auf3, in der eine Vorrichtung für In-Vivo-Bildgebungmit eine spezifischen integrierten Lichtquelle dargestellt ist.Vorrichtung300 umfasst eine Bildgebungskamera302, einoptisches System (nicht gezeigt) zum Abbilden von In-Vivo-Bildernauf die CMOS-Bildgebungskamera302 undeine integrierte Lichtquelle 304 zum Beleuchten einer Stelle invivo. Die Vorrichtung300 enthält ferner einen Sender305 zumSenden von Videodaten von der Bildgebungskamera302 aneinen Empfänger(nicht gezeigt). Der Sender305 schafft eine Quelle hoherSpannung und hohen Stroms für dieLichtquelle304. Die integrierte Lichtquelle304 ist mitdem Sender305 durch verbindende Drähte301 verbunden.Die elektrischen Komponenten der Vorrichtung werden durch eine inder Vorrichtung (nicht gezeigt) enthaltene Batterie mit Energieversorgt.
• Dieintegrierte Lichtquelle304 umfasst einen Streifen306 einerBrechungskristallmatrix, die die CMOS-Bildgebungskamera302 umgibt.Blaue LED-Chips308, die innerhalb der Brechungskristallmatrixdes Streifens306 eingeschlossen sind, sind entlang desStreifens306 derart positioniert, dass eine Beleuchtungin einem Ring um die CMOS-Bildgebungskamera302 herumbereitgestellt wird.
• BlaueLED-Chips308 könnenauch überden Streifen306 derart verteilt sein, dass der gesamte Streifen306 Lichtemittiert.
• Nunwird Bezug genommen auf4, in der ein Blockdiagrammdes Senders dargestellt ist. Der Sender400, ein ASIC (anwendungsspezifischerintegrierter Schaltkreis), der entworfen ist, um internationaleKommunikationsstandards (wie des FCC) zu erfüllen, arbeitet auf einem Modulationssystemmit Minimum-Shift-Keying (MSK) zum Bewirken einer Übermittlungvon digitalen Signalen durch Antennen426 und427 aufHochfrequenzen an ein Empfangssystem. Der Sender400 steuertebenso die Beleuchtung und den Bildgeber der Vorrichtung der Erfindung unddie logische Umwandlung des Schalters (wie oben beschrieben). DerSender400 enthälteine Einmal-Programmiereinheit408 in Verbindung mit einem äußerem Programmiereingang428,einen Steuerungslogikblock401 zum Kommunizieren mit dem Bildgeber,eine Nachlaufsynchronisierungsschleife (PLL)402 in Verbindungmit einem Modulator425, optional einen LED-Leistungs-und Steuerungsblock403 zum Steuern der Beleuchtung, einenHauptoszillator404 und einen Schalter405, dereinen internen elektronischen Schalter406 steuert.
• DerSteuerungslogikblock401 kommuniziert mit dem Bildgeber,liest vorprogrammierte Parameter und bildet in dem Programmiermodusdie Schnittstelle zur "Außen"-Welt. Der Steuerungslogikblock401 unterhält einenMastertakt, wird synchronisiert durch Bit-Ratendaten412 unddie Rahmenrate413, und durch Steuerung411, diedurch den Bildgeber erzeugt ist, und triggert den LED-Energie- undSteuerungsblock403. Der Steuerungslogikblock401 steuertferner den Mastertakt414 und die Bildgeberabschaltung415.
• Während einerAbschaltung sendet der Sender nur Bakensignale. Die Abschaltungermöglicht einewirtschaftliche Verwendung der Energieversorgung der Vorrichtung.Zum Beispiel kann in einer Vorrichtung, die zum Abbilden des Dünndarmesentworfen ist, der Sender400 programmiert werden, eine zweistündige Verzögerung aufzuweisen,wobei währenddieser Zeitspanne eine Abschaltung des Bildgebers und anderer Vorrichtungselektronikbewirkt wird. Zwei Stunden sind in bestimmten Patienten annähernd dieZeit, die benötigtwird, damit eine schluckbare Vorrichtung den Magen passiert undin den Dünndarmeintritt. Somit wird bei solchen Patienten die Vorrichtung Energievon der Batterie zum Sammeln von Bildern nur verwenden, wenn dieVorrichtung den Dünndarmerreicht hat.
• DerPLL402 ist ein Rückkopplungssystem, bezwecktzum automatischen Korrigieren von Driften in der übermitteltenFrequenz. Der PLL402 enthält einen Vorteiler424 zumschnellen Frequenzteilen, unabhängigvon der Kanalfrequenz. Der Vorteiler424 kommuniziert miteinem Teiler421, der die Frequenz des Oszillators404 teilt,um die Referenzfrequenz für denPLL durchzuführen.Der Teilungswert ist kanalabhängig.Der PLL402 enthältauch einen Phasenfrequenzerfasser (PFD)422 zum Durchführen des Frequenzvergleichsund des Phasenvergleichs des PLLs, und eine Ladungspumpe423 zumDurchführender Form der Schleifenübermittlungder gesamten Schleife.
• DerLED-Leistungs- und Steuerungsblock403 enthält eineHochspannungsquelle432, die durch einen äußeren Kondensator431 gesteuert wird.Der LED-Leistungs- und Steuerungsblock403 enthält aucheine Hochstromquelle433, und der Spitzenstromwert derLEDs wird durch den Widerstand gesteuert, der mit LedRes435 verbundenist.
• DerSender400 wird durch einen äußeren magnetischen Schalter405 gesteuert.Der Schalter405 ist ein normalerweise offener (NO) Schalter,der durch einen äußeren Magnetengeschlossen gehalten wird, wie oben beschrieben. Der Schalter405 steuerteinen internen elektronischen Schalter406, der die gesamteVorrichtungselektronik steuert. Der Elektronikschalter406 enthält einenNiederverlustschaltkreis zum Umwandeln der Logik des NO-Schalters405 aufeine "normalerweisegeschlossene" (NC)Logik, so dass, obwohl Schalter405 ein NO-Schalter ist,er den Sender inaktiv hält,während ergeschlossen ist.
• DerNiederverlustschaltkreis verwendet nur 1%–3% der Batterieleistung proJahr, so dass der interne Elektronikschalter406 kein signifikanterFaktor im Energieverbrauch der Vorrichtung ist.
• Ineiner Ausführungsformder Erfindung ist die Vorrichtung eine schluckbare Kapsel mit einem optischenFenster und umfasst eine CMOS-Bildgebungskamera, weiße LEDs,ein optisches System, einen Sender und eine Batterie. Die schluckbare Kapselwird inaktiv gehalten, währendsie in einer Verpackung mit einem Magneten enthalten ist, wie diemagnetische Verpackung, die in PCT Anmeldung IL00/00752 beschriebenist (die dem gemeinsamen Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragenwurde und hiermit in ihrem ganzen Umfang durch Bezugnahme inkorporiertwird). Kurz vor der Verwendung wird die Verpackung mit dem Magneten entfernt,womit dem Schalter405 erlaubt wird, sich zu öffnen, wodurchder Sender aktiviert, und mit ihm der Betrieb des Bildgebers undder Beleuchtung eingeleitet wird.
• DieEingangsbandbreite der Information in dem Sender400 ist über 1,35Megabit pro Sekunde. Ein derartiger Sender mit niedriger Leistungund hoher Eingangsbandbreite zum Übermitteln von Videodaten istbislang im Stand der Technik nicht aufgezeigt worden.
• Nunwird Bezug genommen auf5, in der ein Blockdiagrammdes Verfahrens der Erfindung dargestellt ist. Das Verfahren zurIn-Vivo-Bildgebung schließtdie folgenden Schritte ein: Beleuchten einer Stelle in vivo (502);Sammeln zurückgeworfenen Lichtesauf Pixel einer CMOS-Bildgebungskamera, wodurchein Analogsignal erzeugt wird (504); Umwandeln des analogenSignals in ein Digitalsignal (506); Zufallserzeugen bzw.Randomisieren des digitalen Signals (508); Senden des digitalenSignals an ein Empfangssystem (510) und Verarbeiten der übermitteltenSignale, um Bilder der In-Vivo-Stelle zu erhalten (512).
• DerSchritt des Beleuchtens (502) ist vorzugsweise durch VerwendenweißerLEDs zum Beleuchten der Stelle in vivo ausgeführt. Die Beleuchtung kann kontinuierlichoder alternierend sein, gemäß spezifischerAnforderungen des Systems.
• DasSammeln von Licht, das von der Stelle in vivo zurückgeworfenwurde (504) und sein Richten auf die Pixel eines CMOS-Bildgebungs-Chipswird erreicht durch Verwenden eines optischen Systems, das eineLinse umfasst, und das ferner jedweden geeigneten Kollimator umfassenkann.
• DasUmwandeln des Analogsignals in ein Digitalsignal (506)wird vorzugsweise auf eine serielle Weise bewirkt.
• Zufallserzeugenbzw. Randomisieren des digitalen Signals (508), nämlich dasRandomisieren des Auftretens der digitalen Signale ("0" und "1")wird durchgeführt,so dass eine Übermittlungnicht durch ein wiederauftretendes Signal von einem Typ gestört wird.
• Die Übermittlungdes Signals (510) wird erreicht durch Verwenden von Hochfrequenzen(annähernd432–434MHz) bei einer Rate von zwei bis acht Rahmen pro Sekunde auf eineAnordnung von Antennen, die am Körpereines Patienten angebracht sind. Die Antennen erlauben eine Bilderfassungund werden auch verwendet zum Berechnen und Anzeigen der Position desBildgebers im Körperdes Patienten. Ein Beispiel der Berechnung und Anzeige der Positiondes Bildgebers in dem Körperdes Patienten wird in der oben erwähntenUS 5,604,531 bereitgestellt.
• DasVerarbeiten von Signalen (512) kann durch Verwenden geeigneterProzessoren und Software ausgeführtwerden. Zum Beispiel wird die RAPID-Software (proprietäre Software,entwickelt und im Eigentum von Given Imaging Ltd. aus Yokneam, Israel)verwendet, um ein Videoclip von Bildern zu erhalten, die aus demInneren des GI-Traktes erfasst werden. Der Videoclip kann mit derBahn der Bildgebungsvorrichtung synchronisiert werden, wie sie durchden GI-Trakt läuft,um eine Lokalisierung der Vorrichtung in dem GI-Trakt zu ermöglichen.
• Zusätzlich können eineMehrzahl von Empfangsantennen verwendet werden, die zu der Stelle bewegtwerden können,die beste Empfangsbedingungen ermöglicht.
• DieBilder könnenin einem kleinen tragbaren Rekorder gespeichert werden, der an einemGurt getragen wird, und späterfür eineAnalyse und Wiedergewinnung heruntergeladen werden. Zusätzlich kann derEmpfängerdirekt mit einem stationärenDatenrekorder verbunden werden.
• Experimentewurden durchgeführtmit einer 11 × 30mm Kapsel mit einem CMOS-Bildgebungs-Chip und Miniaturprozessor,weißen LED-Lichtquellen,einer Linse kurzer Brennweite und einem Miniatursender und Antenne.Die durch Silberoxidbatterien mit Energie versorgte Kapsel wurdegeschluckt, und mehr als fünfStunden kontinuierliche Aufzeichnung von Bildern aus dem Gastrointestinaltraktwurde erhalten.
• EineLive-Übermittlungvon Videobildern guter Qualitätwurde füreine Zeitspanne von mehr als sechs Stunden bei gehfähigen Hundenerhalten.
• MitZulassung des Ethik-Komitees wurde eine Studie mit menschlichenFreiwilligen durchgeführt.Es war leicht die Kapsel zu schlucken. Bewegte Bilder wurden ausdem Magen und Dünndarmerhalten. Es wurden keine Unannehmlichkeiten verspürt. Dasoptische Fenster blieb überdie gesamte Übermittlunghindurch klar.
• Einetrigonometrische Analyse der Signalstärke erlaubte ein kontinuierliches Überwachender Kapselposition. Eine Bildgebung des Dünndarmes wurde in zwei Stundenerfolgreich abgeschlossen.
• Fachleuteerkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist,was besonders gezeigt wurde und zuvor beschrieben wurde. Vielmehrwird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch diefolgenden Ansprüchedefiniert:

Claims (4)

1. Schluckbare Kapsel zur Bildgebung des Gastrointestinaltrakts,umfassend: – einenBildgeber; – eineBeleuchtungsquelle zur Beleuchtung des Gastrointestinaltrakts; – ein optischesSystem zur Abbildung des Gastrointestinaltrakts auf den Bildgeber;und – einenHochfrequenzsender zum Senden des Ausgangssignals des Bildgebersan ein externes Empfangssystem bei ungefähr 432 bis 434 MHz.
2. Kapsel nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsquelleeine weißeLED umfasst.
3. Kapsel nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hochfrequenzsendereingerichtet ist mit einer Rate von 2 bis 8 Rahmen pro Sekunde zusenden.
4. System zur Bildgebung des Gastrointestinaltrakts,umfassend eine schluckbare Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis3 und eine Antennenanordnung, die am Körper eines Patienten anbringbarist.