無線電刺激膠囊內窺鏡系統技術研究.pdf

1、胃腸道疾病的傳統檢測方式是利用內插式內窺鏡深入到人體內部進行侵入式檢查，在檢查過程中會給患者帶來惡心、嘔吐甚至體內創(chuàng)傷等惡果。隨著膠囊內窺鏡的問世，無痛無創(chuàng)、低風險的胃腸道疾病檢測成為了可能。但臨床使用的膠囊內窺鏡往往具有傳輸不穩(wěn)定、圖像分辨率低、工作時間短等特點，而且現有的產品只具有簡單的檢測功能，在發(fā)現病灶部位后無法及時實施治療，貽誤病情。
　　針對膠囊內窺鏡上述缺陷，本文依托國家自然科學基金(No.31271069)、國家自

2、然科學基金青年基金(No.30800235)和上海交通大學醫(yī)工交叉基金項目(No.YG2013MS24)，研制具有電刺激診療功能的無線膠囊內窺鏡系統。該系統可以根據醫(yī)生的體外操作控制，將胃腸道內部圖像傳輸至體外，當發(fā)現病灶部位時，及時實施電刺激治療，同時體內的膠囊內窺鏡使用無線能量傳輸模塊為其供電。本論文工作重點包括圖像采集與壓縮，無線數據傳輸，電刺激功能和體外無線供能。
　　圖像采集與壓縮單元采用數字接口CMOS圖像傳感器OV7

3、740和硬件JPEG圖像壓縮芯片CX93510。CX93510內部Buffer以幀為單位存儲管理，可以利用差分幀的模式提高壓縮比。無線數據傳輸單元采用醫(yī)用RF芯片ZL70102，該芯片尺寸小、功耗低，在發(fā)送與接收狀態(tài)時工作電流僅僅5mA。ZL70102的協議內容專門服務于植入式醫(yī)療系統，具有完善的信道檢測、通信連接、數據校驗、誤碼重傳等機制。電刺激功能利用雙運放壓控恒流源設計，為了符合功耗與尺寸的要求，利用PWM波形實現DAC的功能。體

4、外無線供能單元對發(fā)射功率進行實時觀測，調整發(fā)射波形的頻率與幅值，實現反饋控制。
　　離體實驗結果表明，集成后的無線膠囊內窺鏡直徑11mm，適于患者吞服。體內膠囊內窺鏡與體外接收控制器距離在2m以內時，圖像與控制數據雙向傳輸穩(wěn)定，不同模式的電刺激脈沖可以靈活控制。在圖像功能正常工作時，功耗180mW左右，在施加電刺激功能時，功耗230mW左右。無線能量傳輸的效率與膠囊位置、姿態(tài)等相關，可以較穩(wěn)定的提供300mW以上的接收功率，滿足體