基于無(wú)線供能的雙頭膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)與出血識(shí)別算法研究.pdf

1、無(wú)線膠囊內(nèi)鏡（Wireless Capsule Endoscopy)作為一種安全方便、無(wú)痛無(wú)創(chuàng)、全消化道檢測(cè)工具，通過(guò)采集人體消化道的內(nèi)部圖像獲得病灶最直觀的信息，尤其在針對(duì)人體小腸等傳統(tǒng)插入式內(nèi)鏡很難檢測(cè)到的消化道部位，無(wú)線膠囊內(nèi)鏡有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，有關(guān)WCE的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外醫(yī)療器械領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。然而無(wú)線膠囊內(nèi)鏡在給病人極大減輕痛苦的同時(shí)，其傳輸圖像的幀率、圖像質(zhì)量以及運(yùn)行時(shí)間還無(wú)法完全滿(mǎn)足臨床使用要求，尤其是其采

2、集到的消化道圖像數(shù)量巨大多達(dá)幾萬(wàn)張，每一張均需要由醫(yī)護(hù)人員來(lái)逐一排查是否含有病灶特征，這給醫(yī)務(wù)人員帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)，不僅降低了醫(yī)務(wù)人員的工作效率也阻礙了無(wú)線膠囊內(nèi)鏡在臨床上的推廣和使用。
　　本文依托國(guó)家自然基金（No.31170968)和上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉基金資助，對(duì)基于無(wú)線供能的雙頭視頻膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)及出血圖像識(shí)別算法進(jìn)行了深入的研究：探索了基于無(wú)線供能的視頻膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)工作原理，設(shè)計(jì)出一套新型的基于OV6920的雙頭式膠囊內(nèi)

3、鏡系統(tǒng)，包括軟硬件的框架設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和新型三維接收線圈的設(shè)計(jì)；同時(shí)對(duì)出血圖像智能識(shí)別算法也進(jìn)行了深入的研究，包括統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法的理論探索，彩色空間的對(duì)比分析，出血特征提取方法的對(duì)比分析，支持向量機(jī)的應(yīng)用與參數(shù)優(yōu)化等。
　　目前市面上采用電池供能的W CE有效工作時(shí)間較短，只有6-8小時(shí)左右，小于臨床上完整的消化周期時(shí)間，因此會(huì)產(chǎn)生檢測(cè)盲區(qū)。本文對(duì)基于無(wú)線供能的膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究。首先，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，由傳統(tǒng)的

4、單頭升級(jí)為雙頭，倆個(gè)攝像頭同時(shí)進(jìn)行攝像拍照，幀率達(dá)到30f/s。再通過(guò)RF射頻將視頻傳輸?shù)襟w外的PC上，通過(guò)調(diào)節(jié)振蕩電路的電容值，使倆個(gè)傳輸通道的負(fù)載頻率分別為991.4MHz和1.013GHz，倆者相差21.6MHz，處于可接收范圍之內(nèi)，圖像都能被清晰地分別接收到；此外，為了進(jìn)一步縮小膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)的尺寸，本文設(shè)計(jì)出一款新的無(wú)線供能三維接收線圈，采用高磁導(dǎo)率錳鋅材料制作的空心圓柱體作為磁芯，用新型的沿橢圓繞制線圈方法來(lái)制作新型接收線圈，

5、每個(gè)線圈互成120度?？梢詫⒉糠钟布娐贩胖糜诳招拇怒h(huán)中從而減少整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)度，實(shí)驗(yàn)證明采用新線圈的系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，系統(tǒng)長(zhǎng)度降低了6mm。
　　除了搭建雙頭膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)以外，本文還探索了統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法并采用支持向量機(jī)作為膠囊內(nèi)鏡出血識(shí)別分類(lèi)器。支持向量機(jī)具有適用于小樣本分類(lèi)、運(yùn)算收斂速度快、泛化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文分別探索了RGB、HSI、H S V三個(gè)彩色空間的原理及相互轉(zhuǎn)化方法，研究了三種常見(jiàn)的出血特征提取思路：基于顏色直方圖

6、的全局圖像特征提取方法、基于局部圖像的特征提取方法和基于像素的特征提取方法。本文提出一種出血特征參數(shù)選取方法，該方法結(jié)合了基于像素的特征提取方法和基于局部圖像特征提取方法倆者的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)行分類(lèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先對(duì)RGB三個(gè)獨(dú)立向量進(jìn)行等間隔采樣，降低向量冗繁程度；再選取紅色像素比上紅色與藍(lán)色像素之和作為特征向量。首先，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選取不同的核函數(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而確定最優(yōu)核函數(shù)；然后，在片上機(jī)上采用K-fold交叉驗(yàn)證方法對(duì)SVM的參數(shù)c和g實(shí)