东莞理工学院电子工程与智能化学院, 广东 东莞 523808
胶囊内窥镜具有体积小、续航时间长、无疼痛等优势, 被广泛应用于人体内部空间的观察。但传统的胶囊内窥镜存在观察范围小、成像相对照度较低、图像质量较低等缺点。设计了一款成像范围大、相对照度高、分辨率高的胶囊内窥镜镜头, 镜头视场角(FOV)为150°, F数为2.8, 总长度小于6 mm, 平均视野中相对亮度超过90%。调制传递函数(MTF)在200 lp/mm时超过30%, 并且镜头仅用了5片球面镜, 结构紧凑, 解决了传统的胶囊内窥镜的劣势, 利于医护人员对病情进行准确的判断。
胶囊内窥镜 大视场 光学设计 像差 分辨率 capsule endoscope large field of view optical design aberration resolution
1 吉林医药学院 生物医学工程学院，吉林 吉林 132013
2 吉林农业大学 信息技术学院，吉林 长春 130018
为了提高胶囊内窥镜天线的工作性能，提高天线抗干扰能力和兼容性，进一步缩小尺寸，设计了一种基于石墨烯的用于胶囊内窥镜的宽频圆极化天线。该天线由3层辐射单元和地板构成，利用石墨烯薄膜优良的导电性能，制作天线的各层辐射单元和地板以有效增强胶囊天线的工作带宽与增益，提高传输效率并降低损耗。通过4个短路探针使第1层与第2层辐射单元相连接，构成复合螺旋天线，进而产生圆极化特性，既能减少误码率又能抑制多径干扰，并且能够更加高效地耦合电磁能量，有效改善阻抗匹配并调节圆极化纯度。详细分析了第1层、第2层和第3层辐射单元开口圆环尺寸、石墨烯薄膜厚度、天线摄入环境（胃、小肠、结肠等）对天线性能的影响。测试结果表明，设计的体积仅为π×4.52×1.905 mm3，阻抗带宽为2.2~2.78 GHz，轴比带宽为2.26~2.66 GHz，增益为−22.9 dBi，实际测量与仿真结果吻合良好，工作频段内辐射特性稳定，与现有技术相比，本文设计天线外形兼容性强，功能带宽更宽，具有宽频带、圆极化、抗干扰、电磁兼容性好、体积小等特点。该天线适用于ISM 2.4 GHz频段，能满足胶囊内窥镜摄入不同消化器官的工作要求。
胶囊内窥镜 宽频 圆极化 石墨烯 capsule endoscope wide band circular polarization graphene
2福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
目前市售胶囊内窥镜仅能观察到前方视场,而人体内肠道组织的褶皱和回环会导致大量后方视野出现盲区。设计了一种可以同时对前后方视场进行成像的胶囊物镜,该物镜的前方视场为0°~80°,侧后方视场为50°~80°。该物镜总长为15.6 mm,最大径向直径为8 mm。该物镜搭配OH02A10成像芯片可满足高分辨率(89 lp/mm处的最大截止频率大于0.5)的要求,且具有良好的成像质量。
医用光学 胶囊内窥镜 成像系统 Zemax软件 双视场系统 激光与光电子学进展
2020, 57(18): 181701
1 浙江省医疗器械检验研究院, 浙江 杭州 310018
2 中国人民解放军第三军医大学, 重庆 400037
针对胶囊式内窥镜, 建立了全视场光学分辨率与像素数匹配水平的评价, 以及像素数分辨有效性的评价方法。该方法通过选择过面阵传感器行或列扫描水平的光轴截面为分析用子午面, 以光学分辨角和像素元投射角为分析单元导出线分辨元数、线像素数有效率、视场中心匹配率及全视场最大匹配率, 并采用球面视场的分辨距与分辨角简易转换来简化测量方法。这些参数构成了胶囊式内窥镜像素数的匹配率和分辨有效性的评价依据, 可为产品设计分析、评价及修改提供参考依据。
胶囊式内窥镜 匹配率 分辨有效性 像素数 capsule endoscope matching rate resolution effectiveness pixel
1 教育部光学仪器与系统工程研究中心
2 上海市现代光学系统重点实验室,上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为解决胶囊内窥镜分辨率与景深相互制约的问题, 将一种单液体、电控、可变焦液体透镜应用到内窥镜光学系统中进行光学设计, 在保证分辨率的同时, 扩大了系统景深.采用CODE V软件进行设计, 建立系统初始结构, 构造液体透镜模型, 基于液体透镜中液体的体积不变, 曲率、孔径和厚度可变的结构约束特点, 在MATLAB中计算出不同物距下透镜的曲率、孔径和厚度数据, 将其导入CODE V的系统模型中, 并提出了相应的优化流程.设计并优化带有液体透镜的胶囊内窥镜系统, 实现了系统在3~100 mm景深范围内的清晰成像, 视场角大于110°, 全视场范围内调制传递函数在40 lp/mm频率下均大于0.3.
液体透镜 变焦 光学设计 胶囊内窥镜 景深 Liquid lens Focus-tunable Optic design Capsule endoscope Depth of field
上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240
由于胶囊内窥镜的有效钳位是实现其在肠道中有效驻停及运动的重要因素， 本文研究并设计了胶囊内窥镜的钳位机构。首先，基于对摩擦力和肠道形变的分析，讨论了影响钳位力的因素。考虑肠道安全性，设计了阿基米德螺线腿机构。然后，通过构建离体肠道测试平台，测试不同直径、宽度、纹理及形状的样本在肠道内的钳位特性；分析实验结果，并建立了可定性描述钳位力的方程。最后，基于电流反馈实现钳位机构的安全控制；通过离体实验测试了钳位机构运动性能，并验证了钳位机构的安全性和可行性。实验结果显示，优化后的螺线腿钳位机构的钳位力达1.486 N；可较好地适应肠道的生理环境，满足扩展肠道、安全钳位的要求。
钳位力 肠道 胶囊内窥镜 阿基米德螺线腿机构 clamping force intestine capsule endoscope clamping mechanism of Archimedean spiral leg
复旦大学光科学与工程系超精密光学制造工程研究中心, 上海 200433
介绍了含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜的设计方法。系统工作波段为0.486~0.656 μm，视场角为116.2°，光学系统总长为2.4 mm。另外，设计了含有3个球面透镜的胶囊内窥镜和含有非球面的单片式胶囊内窥镜，并和含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜进行了比较。结果表明，含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜可以达到含有3个球面透镜的胶囊内窥镜的成像质量，外形结构和含有非球面的单片式胶囊内窥镜一样简单。系统在频率40 lp/mm处的调制传递函数大于0.6。
光学设计 胶囊内窥镜 谐衍射 衍射光学元件 单点金刚石车削 激光与光电子学进展
2012, 49(12): 122203
