[发明专利]具有双视场的体内成像设备及使用方法

说明书

在先申请资料

本申请要求2010年1月12日提交的名称为“具有双视场的体内成像设备(IN VIVO IMAGING DEVICE WITH DOUBLE FIELD OFVIEW)”的在先美国临时申请NO.60/294,232的权益，其全部内容以参引的方式并入于此。

技术领域

本发明涉及能够在静态配置中以多种放大率生成图像的成像系统的领域，特别是用于需要以一个或多个数量级大不相同的放大率的系统中。

背景技术

存在许多申请，其中成像系统是用来生成监视区域的全视图，但是当在全视图中检测感兴趣的区域时，希望得到具有实际上更高放大率的“显微镜视图(microscope view)”。在胃肠道内部的内窥镜成像或基于胶囊成像中存在这种要求的实例。

存在可以自己口服的胶囊。在这些申请中，为了在容许的时间内覆盖足够的区域，可能成像系统能够以低放大率并通过大视场来查看胃肠(GI)道的连续部分。当以该放大率检测感兴趣的区域时，或许希望以实际上更高的放大率来查看该区域。

对于内窥镜系统，例如，0.1mm级的细节必须以较低的放大率等级检测，但或许希望以高放大率等级将细节成像小到例如1至2微米。

对于通常可用的系统而言这通常是不可行的。为了得到希望的放大率，高分辨率成像阵列与宽视场的一同使用，在经济上是行不通的。

以下组合：(i)非常高的分辨率，具有(ii)大视场，以及(iii)以当前使用的检测阵列成像，通常不可能在当前可用的静态、单孔(single bore)、光学成像系统中实现。

存在包含(incorporating)变焦功能的成像系统。然而，在设备中不可能总是包含为构成这样的变焦透镜成像系统所必需的运动机构。此外，在这样的变焦系统中在最低放大率与最高放大率之间的比率通常限制在大约10的因数，以得到较高的放大率比率，两个元件必需独立变焦，这种方案复杂且成本高。

发明内容

在一个实施例中，可以在单个光学系统中得到大范围的放大率。可以使用具有在中心区域非常高的像素密度的成像阵列。用适当设计的光学器件，这种高像素密度可以使高放大率图像的细节被分辨。在现有技术的系统中，由于除非大量使用，否则生产具有在高放大率图像下降处的中心区域中较小像素尺寸的专用阵列成本上是不划算的，因此整个成像阵列通常具有与高放大率图像分辨率相称的像素尺寸。这些申请当前使用的探测器阵列，不论是CMOS还是CCD，通常具有用于小型设备的高达400×400的像素。为了在图像的中心处得到希望的高分辨率，像素总数必须是大约几万乘以几万。

如果使用根据当前技术状况的成像系统来实现上述目标，那么非常高的分辨率、具有大视场、以及以当前使用的检测阵列成像这三条标准之一必须放宽。

本发明的一个实施例包括用于检查或成像管腔内壁的可以自己口服的设备(例如胶囊)，其包括双视场成像系统，同时具有适度放大率的宽视场，以及具有显著更高放大率的窄视场。这样的光学系统也可以用于成为内窥镜的一部分。一些实施例不同于现有技术的系统，因为它们使用用于双视场(FOV)的单个成像阵列。一些实施例也不同于现有技术的系统，因为它们通常具有静态光学元件配置，其中至少一些元件在两种不同的FOV成像系统的两者之间共享。高放大率系统的成像元件，具有更小的视场，并具有显著小于低放大率系统的直径，其可以与低放大率系统的成像元件同轴布置，从而可以使用相同的成像阵列而无需偏转镜、光束组合器或运动系统。它们定位在低放大率系统的轴上意味着环绕其中心轴的低放大率系统的成像平面的小部分被高放大率组件所遮挡。然而，两套透镜的精细设计可以将该遮挡区域限制到介于5°和10°之间。在不同的放大率处的不同的有用孔径可以与不同的焦距比数(F-numbers)相关联，其可以根据设计需要进行选择。

通常要求这种双视场/双分辨率系统可以是高达100的放大率范围(也可以使用其它范围)。提高的分辨率可能要求更大的数值孔径和用于透镜组的增大的有效焦距，几乎以与提高的分辨率相同的比率。因而，高放大率光学系统可以具有比低放大率系统长100数量级的焦距。在设计靠近轴的光学系统的处理高放大率场的部分时，可以考虑如上性能。可以通过使用具有不同的中心形式和周围形式的透镜，或者通过将用于高放大率的单独的透镜植入低放大率透镜的中心区域来生成该轴向部分。