消化道無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的設(shè)計

1、<p>　　消化道無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的設(shè)計</p><p>　　【摘 要】本文首先回顧了消化道無線內(nèi)窺鏡的研究進展。然后對無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的各個模塊進行了介紹。尤其詳細(xì)介紹了無線內(nèi)窺鏡膠囊樣機的圖像采集模塊，圖像信號的無線傳輸模塊，核心控制模塊。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】消化道無線內(nèi)窺鏡膠囊；微處理器；圖像傳感器 </p><p>　　由于無線內(nèi)窺鏡

2、系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)相比，其重要特點是“無創(chuàng)”，因此具有廣泛的臨床使用價值。從20世紀(jì)80年代開始，有多個國家都投入了資金進行無線內(nèi)窺鏡的研究，走在世界前列的有以色列的Giving Image公司和日本的RF實驗室。國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究比較有代表的是上海交通大學(xué)的主動引導(dǎo)式內(nèi)窺鏡，北京301醫(yī)院的無線內(nèi)窺鏡，重慶大學(xué)的無線內(nèi)窺鏡方面的前期研究。 </p><p>　　一、消化道無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)組成 </p>

3、;<p>　　消化道無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)大致由以下三部分組成：其中攝像膠囊是無線內(nèi)窺鏡的核心。 </p><p>　　由于篇幅的限制，下面僅就消化道無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部各模塊的設(shè)計作一簡介： </p><p>　　二、消化道無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的設(shè)計 </p><p>　　消化道無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的結(jié)構(gòu)圖如下： </p><p&

4、gt;　　本設(shè)計中，根據(jù)各自功能將無線內(nèi)窺鏡膠囊分為三個功能模塊，即由圖像采集模塊、圖像信號的無線傳輸模塊以及核心控制模塊組成。（1）圖像采集模塊。本設(shè)計中的圖像采集模塊由圖像傳感器、光學(xué)鏡頭及照明系統(tǒng)三部分組成，下面分別介紹各部分的設(shè)計。一是圖像傳感器。圖像傳感器的選擇起著至關(guān)重要的作用。這是因為在設(shè)計方案中，采用了紐扣電池體內(nèi)供電的方式，圖像傳感器的功耗在無線內(nèi)窺鏡膠囊的整體功耗中占相當(dāng)大的比例。合適的圖像傳感器的選擇有利于降低功耗

5、，延長紐扣電池的使用時間，實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。綜合考慮各種因素，圖像傳感器OV7930N基本滿足設(shè)計要求，但需要進行一定的技術(shù)加工，才能滿足無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的技術(shù)要求。二是光學(xué)鏡頭及照明系統(tǒng)的設(shè)計。絕大多數(shù)的無線內(nèi)窺鏡膠囊的光學(xué)系統(tǒng)都是考慮非球面設(shè)計。本設(shè)計考慮到非球面設(shè)計難度過大，并且攝像膠囊內(nèi)部的空間非常有限，光學(xué)系統(tǒng)采用球面鏡才能放置在膠囊內(nèi)部。故本設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)僅采用球面鏡設(shè)計，其視場角大約為60°左右。本設(shè)計的照明電路采

6、用在光學(xué)透鏡的四周分布了四個發(fā)光二極管，照明電路的工作電壓為5V，每個發(fā)光二極管與一個電阻串聯(lián)，從而使整個照明電路的工作電流大約為5mA。（</p><p>　　整個核心控制模塊的控制是通過升壓芯片和微處理器來實現(xiàn)的。在本設(shè)計方案中，升壓芯片既當(dāng)作電子開關(guān)，又被當(dāng)作升壓穩(wěn)壓裝置。微處理器用來產(chǎn)生周期信號，而產(chǎn)生的脈沖周期信號的周期為30秒，方波脈寬為2秒。通過對微處理器進行編程，可以在它的輸出端輸出周期信號，軟件

7、流程如下： </p><p>　　按照上述軟件流程，在微處理器的輸出端就輸出了周期為30秒，脈寬為2秒的方波周期信號。于此同時，升壓芯片輸出端打開，為膠囊內(nèi)部的圖像傳感器模塊、照明模塊和發(fā)射模塊等提供電能；當(dāng)微處理器的輸出端為低電平時，升壓芯片輸出端關(guān)閉，上述模塊停止工作，由于有了核心控制模塊，使得無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊整個電路的功耗極低。相關(guān)實驗證明，采用兩節(jié)高能量鈕扣電池，利用升壓芯片和微處理器組成的核心控制模塊

8、，控制攝像膠囊內(nèi)部電路每半分鐘工作兩秒鐘，膠囊工作的時間可以長達4個小時以上，完全可以滿足腸道檢查需要。 </p><p><b>　　三、結(jié)論與展望 </b></p><p>　　原理樣機的實驗結(jié)果表明，本設(shè)計的消化道無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊基本能夠?qū)D像進行清晰的實時采集。這表明，本設(shè)計所提出的無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊技術(shù)方案是完全可行的。通過進一步優(yōu)化，相信可以在此基礎(chǔ)上研

9、制出具有臨床使用價值的消化道無線內(nèi)窺鏡攝像膠囊。 </p><p><b>　　參 考 文 獻 </b></p><p>　　[1]李延斌.醫(yī)用內(nèi)窺鏡的發(fā)展和應(yīng)用[J].山東醫(yī)科大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）.1994（4）：18～20 </p><p>　　[2]http：//www.givenimaging.com/Given Imaging Lt

10、d </p><p>　　[3]http：//www.rfnorika.com.RF SYSTEM lab </p><p>　　[4]彭承琳，皮喜田，鄭小林.消化道微創(chuàng)診療系統(tǒng)的最新進展[J].中國醫(yī)療器械雜志.2005（2）：79～83 </p><p>　　[5]尤政，李濤.CMOS圖像傳感器在空間技術(shù)中的應(yīng)用[J].光學(xué)技術(shù).2002（28）：31～35 &

11、lt;/p><p>　　[6]OV7930 Color CMOS Analog Camera Chip.http：//www.ovt.com </p><p>　　[7]付國強，梅濤，孔德義等.無線微型機器人腸道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中圖像采集與無線傳輸子系統(tǒng)的設(shè)計[J].光學(xué)精密工程.2002（10）：615～617 </p><p>　　[8]張思杰，鄭小林等.基于電池的無線內(nèi)

12、窺鏡中微型能量管理單元的研制[J].儀器儀表學(xué)報.2006（12）：1577～1590 </p><p>　　[9]張思杰，彭承琳等.基于MEMS技術(shù)的胃腸道無線內(nèi)窺鏡的研究[J].儀器儀表學(xué)報.2005（7）：681～683 </p><p>　　[10]張思杰.基于MEMS的消化道無線內(nèi)窺鏡的研究[M].重慶大學(xué).2005 </p><p>　　項目基金：本文受