膠囊內(nèi)窺鏡圖像壓縮轉(zhuǎn)發(fā)與自診斷初步研究.pdf

1、無線膠囊內(nèi)窺鏡(Wireless Capsule Endoscopy，WCE)的出現(xiàn)是消化學(xué)科發(fā)展史上的一個重要里程碑。膠囊內(nèi)窺鏡檢查是利用吞服式內(nèi)置無線攝錄相機(jī)的膠囊進(jìn)行消化系統(tǒng)影像攝影以評估消化道疾病問題。醫(yī)生將圖像記錄儀接收到的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入影像工作站后，就可以通過瀏覽圖像來了解并分析患者的整個消化道健康狀況，從而對病情做出診斷。整個過程耗時大約8個小時，且產(chǎn)生約50000張胃腸道彩色圖像。即使是有經(jīng)驗的醫(yī)生也要至少花2小時完成每例

2、病例的診斷。膠囊內(nèi)窺鏡檢查的特點是檢查時間長、圖片數(shù)據(jù)量大、醫(yī)生診斷時間久。
　　根據(jù)膠囊內(nèi)窺鏡的臨床使用情況可發(fā)現(xiàn)，膠囊內(nèi)窺鏡存在圖像分辨率和拍攝頻率過低、無法直接使用智能手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)采集圖像數(shù)據(jù)、圖像的數(shù)據(jù)量相對大，難于處理等缺陷。針對上述缺陷，本論文的主要工作是研究易于硬件實現(xiàn)的圖像壓縮算法，達(dá)到提高圖像分辨率或減少數(shù)據(jù)傳輸量的效果。為了使用手機(jī)或Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接收膠囊內(nèi)窺鏡圖像，設(shè)計了雙模式膠囊內(nèi)窺鏡圖像轉(zhuǎn)發(fā)器。使用轉(zhuǎn)發(fā)器可

3、將壓縮后的圖像通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)直接上傳到圖像工作站或使用手機(jī)接收。最終在上述研究基礎(chǔ)上，探討了實現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡自診斷的可能性，并通過簡單的實驗來進(jìn)行了初步驗證。以下內(nèi)容是本論文的主要工作:
　　1、分析了對膠囊內(nèi)窺鏡圖像進(jìn)行壓縮的需求與可行性（第二章）
　　使用圖像壓縮能減少整個膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的功耗，在相同的拍攝頻率下大大減少圖像數(shù)據(jù)量的發(fā)送。所以一個高效率的圖像壓縮算法對膠囊內(nèi)窺鏡應(yīng)用十分有用。因一般的圖像傳感器都帶有YU

4、V格式的輸出，分析了膠囊內(nèi)窺鏡圖像在YUV空間的分布特點并研究其實現(xiàn)圖像壓縮的可能性。為此將100張不同部位的胃腸道圖像從RGB轉(zhuǎn)到Y(jié)UV空間并統(tǒng)計了不同顏色分量值的平均標(biāo)準(zhǔn)差。給出了膠囊內(nèi)窺鏡圖像在YUV空間適合壓縮處理的原因。然后使用golomb-rice編碼對膠囊內(nèi)窺鏡圖像在無失真JPEG預(yù)測模式下的預(yù)測差值進(jìn)行熵編碼，并給出了實驗結(jié)果。由于UV分量在膠囊內(nèi)窺鏡圖像中一般偏差較小，因此考慮在保持圖像質(zhì)量的前提下對UV進(jìn)行采樣處理。

5、對采樣處理的圖像進(jìn)行了重建并計算了其峰值信噪比(PSNR)。
　　2、提出了使用智能手機(jī)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接收膠囊內(nèi)窺鏡圖像的方法（第三章）
　　膠囊內(nèi)窺鏡采用的是專用的射頻傳輸方式，因此難以使用智能手機(jī)或Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)接收。為了使用移動智能設(shè)備接收膠囊內(nèi)窺鏡圖像數(shù)據(jù)或?qū)崟r地將圖像傳輸?shù)綀D像工作站，本論文提出了基于藍(lán)牙和Wi-Fi的雙模式膠囊內(nèi)窺鏡圖像轉(zhuǎn)發(fā)器。提出的轉(zhuǎn)發(fā)器通過使用和膠囊內(nèi)窺鏡配套的無線收發(fā)模塊接

6、收圖像數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同的應(yīng)用模式，由微處理器控制藍(lán)牙模塊或Wi-Fi模塊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。使用圖像壓縮算法對膠囊內(nèi)窺鏡圖像進(jìn)行壓縮后能減少轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)傳輸量。這能容易地將圖片傳輸?shù)街悄芤苿釉O(shè)備或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。
　　3、探討了實現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡自診斷的可能性（第四章）
　　分析了現(xiàn)有膠囊內(nèi)窺鏡診斷的不足，進(jìn)行了膠囊內(nèi)鏡自診斷模式的初步探索。通過轉(zhuǎn)發(fā)器，用手機(jī)直接接收膠囊內(nèi)窺鏡圖像或通過網(wǎng)絡(luò)直接將圖像上傳到圖像工作站對重復(fù)圖像和過暗圖像進(jìn)行刪除后