基于無線供能的膠囊內(nèi)窺鏡圖像采集系統(tǒng).pdf

1、近年來由于社會快速發(fā)展，飲食結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致患消化道系統(tǒng)疾病增長率加快，傳統(tǒng)機(jī)械式內(nèi)窺鏡檢查在給患者帶來難以忍受痛楚的同時還存在檢查創(chuàng)傷和交叉感染的風(fēng)險。本文研制了一種基于微創(chuàng)/無創(chuàng)診斷的消化道疾病診斷設(shè)備－膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。
　　該膠囊系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集壓縮模塊、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊以及體外數(shù)據(jù)接收模塊組成。工作流程為：病人吞服膠囊后，體內(nèi)的膠囊內(nèi)窺鏡在數(shù)據(jù)采集壓縮模塊部分得到消化道內(nèi)壁的圖像信息，并對圖像信息進(jìn)行壓縮處理，壓縮后的圖像數(shù)據(jù)通

2、過無線傳輸模塊發(fā)送至體外的數(shù)據(jù)接收模塊。在體外得到消化道圖像壓縮數(shù)據(jù)后，便可恢復(fù)成適于人眼觀察的JPEG格式圖像，供醫(yī)生診斷消化道病變。
　　自2000年以色列的Given Imaging公司推出膠囊內(nèi)窺鏡以來，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，許多與膠囊內(nèi)窺鏡臨床應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)如：消化道圖像采集壓縮技術(shù)、無線傳輸技術(shù)和膠囊內(nèi)窺鏡功耗尺寸減小等方面的技術(shù)都得到了很大的發(fā)展。但是膠囊內(nèi)窺鏡臨床應(yīng)用仍存在諸多實(shí)踐上的難題，主要包括：膠囊內(nèi)窺鏡在消化

3、道內(nèi)姿態(tài)和位置的精確控制和定位，膠囊內(nèi)窺鏡在消化道內(nèi)連續(xù)長時間的工作以及消化道成像質(zhì)量差等問題。
　　本文依托于國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（No.31271069）、國家自然科學(xué)基金青年基金（No.30800235）和上海交通大學(xué)醫(yī)工（理）交叉基金（No. YG2013MS24）。項(xiàng)目提出利用體外永磁體和膠囊內(nèi)置永磁體來控制膠囊在消化道內(nèi)的姿態(tài)和位置，解決膠囊內(nèi)窺鏡在消化道內(nèi)姿態(tài)和位置無法主動控制的問題，消除膠囊內(nèi)窺鏡存在漏檢區(qū)域和

4、盲點(diǎn)的問題。另外還提出利用體外無線供能方式解決膠囊內(nèi)窺鏡在消化道內(nèi)連續(xù)工作時間過短的問題。通過本課題的研究，將膠囊內(nèi)窺鏡研制成為在消化道內(nèi)移動的可控診療平臺。在膠囊視頻導(dǎo)航功能的基礎(chǔ)上，由體外無線供能功能為膠囊內(nèi)窺鏡提供不間斷能源供給，將治療工具如熱療和施藥等模塊集成在膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)、可視穩(wěn)定的膠囊內(nèi)窺鏡診斷和治療平臺。
　　論文重點(diǎn)研究基于高壓縮比的膠囊內(nèi)窺鏡的圖像采集模塊，主要研究了基于 JPEG格式的膠囊內(nèi)窺鏡

5、的工作原理并設(shè)計實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能,該模塊主要包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)壓縮兩個部分。數(shù)據(jù)采集部分該系統(tǒng)采用了數(shù)字輸出的CMOS圖像傳感器OV7740，后續(xù)采用專門的圖像數(shù)據(jù)壓縮芯片CX93510來對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。圖像采集模塊得到的JPEG格式數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送至PC端，最后在PC端進(jìn)行圖像恢復(fù)驗(yàn)證。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，膠囊內(nèi)窺鏡直徑不超過11mm，實(shí)現(xiàn)微型化，適于人體吞服。在工作背景圖像較為簡單的環(huán)境下，數(shù)字圖像采集模塊采集到的圖像壓縮比