基于嵌入式系统的超细径电子内窥镜研发
发布时间：2021-10-20 12:03
医用电子内窥镜是一种可以直接进入人体的医疗器械,在医学诊断上发挥着重要作用。传统电子内窥镜的尺寸相对较大,在进入人体时需要对病人麻醉,会给病人带来伤害。而人体器官腔道尺寸变化范围大,一些小的腔道只有超细内窥镜（镜头尺寸一般小于5 mm）才能进入。本文设计并开发一套超细径的电子内窥镜系统,采用 1/18英寸的超小型CMOS图像传感器实现体内成像,使用USB2.0协议采集与传输图像数据,通过基于COMe架构并搭载WES系统的高性能嵌入式图像处理器来处理与显示图像。同时也设计了一套基于ARM A5处理器的便携式内窥镜系统,来满足不同场景下的需求。在内窥镜硬件系统中,本文首先介绍了图像传感模块,提出了数字图像的转换方法与该模块的电路架构。然后论述了图像数据采集模块的设计方案,基于USB2.0控制器设计了图像数据的采集与传输电路。最后设计了基于COMe架构的嵌入式图像处理器载板,将载板的尺寸控制在了 170 mm×170 mm。在超细径内窥镜的固件系统中,分别从图像传感器的初始化、图像数据的同步与USB控制器的固件编写三个方面做了论述。其中图像数据的同步采用了 Slave FIFO和GPIF两种...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１传像光纤束??图１．１是传像光纤束的示意图，传像光纤束的技术关键是将光纤束从无序排??列转变为有序排列
浙江大学硕士学位论文?绪论??二二，??？?光奸有序排列■??图１．１传像光纤束??图１．１是传像光纤束的示意图，传像光纤束的技术关键是将光纤束从无序排??列转变为有序排列。一种可行的制造方法是将排列好的光纤束固化，再对光纤束??加热拉细，最后将光纤之间的固定物质用酸溶解掉。由于光纤束在使用过程中可??以弯曲，而且对导光影响不大，这种特性可以用来代替透镜，使医疗内窥镜结构??进一步筒化。图１．２是一种结构光式内窥镜光纤束阵列：??ＬＥＤ光源??－餅束末端阵列??口?〇?Ｈ——＾§§??Ｍｉ??耦合透镜??图１．２光纤束阵列［９］??１９５７年Ｈｉｒｓｃｈｏｗｉｔｚ发明了?一种改进的光导纤维，并利用它制作了世界第??一台光纤式内窥镜，可用于人体胃肠等部位的检测［１°］。自此以后，光纤式内镜快??速发展。１９６６年日本的Ｏｌｙｍｐａｓ公司发明了前端弯角结构，Ｍａｃｈｉｄａ厂在１９６７??年设计使用了外部冷光源，使光纤内部通光量大大增加，进一步增大了视野。随??着光纤式内镜的附属结构不断发展，使其不仅能用于医疗诊断，还可用于辅助手??术。??２??
浙江大学硕士学位论文???现代典型的光纤式医疗内窥镜有腹腔镜，直肠镜与支气管镜等。图１．３是??Ｋａｒｌ?Ｓｔｏｒｚ公司的光纤式输尿管镜１１２７８，它的头端部外径为２．?５圓，同时具??有９０°的视场角；导管直径只有２．５?ｍｍ，其弯曲角度高达２８５°。??—??图１．?３?Ｋａｒｌ?Ｓｔｏｒｚ光纤式输尿管镜１１２７８??图１．４是Ｏｌｙｍｐａｓ公司研发的光纤式输尿管镜ＵＲＦ－Ｐ６，它的头端部外径约??１．６?ｒａｎ，拥有９０°的视场角；光纤导管的直径只有２．?６５?ｍｍ，但具有２７５°的弯??曲角度，超细型的头端部以及导管使其能深入到狭小的腔道内部，观察到更复杂??的人体组织图像。??图?１．?４?Ｏｌｙｍｐａｓ?输尿管镜?ＵＲＦ－Ｐ６??光纤式内窥镜一直是国内的研究热门，在制造工艺上上与国外差距并不明??显。闰兴涛Ｕｌ］等设计了一种基于光纤传像束的内窥镜物镜，该内窥镜的光纤束直??径为１．１?ｍｍ，数值孔径ＮＡ为０．４，单丝直径只有１５?ｕｍ。最终设计的内窥镜物??镜总长约１０．?３２?ｍｍ，与光纤束的耦合效率高达９６％。殷刚１１２］等设计了一种光纤式??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]活细胞成像系统中两种新图像传感器及其应用[J]. 刘丽娜,薛冰,魏华,李华,薛奋勤,许晴. 激光生物学报. 2019(06)
[2]OV13B图像传感器 豪威科技公司[J]. 传感器世界. 2019(01)
[3]电子内窥镜的研究现状及发展趋势[J]. 张雯雯,周正东,管绍林,余子丽. 中国医疗设备. 2017(01)
[4]基于数据采集卡和GPU的MRI信号接收设计[J]. 郭新宇,肖亮. 波谱学杂志. 2016(04)
[5]基于FPGA+DSP架构异步FIFO视频图像数据采集实现[J]. 李波,李亚南,李健. 兵工自动化. 2016(09)
[6]软性输尿管镜术中国专家共识[J]. 杨嗣星,陈志强. 中华泌尿外科杂志. 2016 (08)
[7]医用内窥镜关键技术的研究[J]. 陈庆. 中国医疗设备. 2015(04)
[8]一款超小型广角医用内窥镜镜头的设计[J]. 朱佳巍,丁桂林. 激光与光电子学进展. 2014(09)
[9]医用超细内窥镜系统研究[J]. 徐忠,刘洪英,皮喜田,余巧,练阳,赵亚雄. 中国生物医学工程学报. 2014(01)
[10]利用光纤传像束的内窥镜物镜设计[J]. 闫兴涛,杨建峰,薛彬,周珂,赵意意,卜凡. 红外与激光工程. 2013(02)
硕士论文
[1]嵌入式智能工业相机的研究与实现[D]. 许晓.烟台大学 2019
[2]基于相位结构光的三维测量内窥镜系统研究[D]. 朱高杰.浙江大学 2018
[3]超细径大视场医用电子内窥镜系统研究[D]. 崔秀玲.沈阳理工大学 2016
[4]基于SAMA5D35的机车CCU主板设计与开发[D]. 王家春.西南交通大学 2014
[5]基于USB接口的高清电子内窥镜系统设计[D]. 姚陈昀.浙江大学 2014
[6]高清电子内窥镜嵌入式信号处理技术研究[D]. 叶伟.浙江大学 2013
[7]ARM9平台下嵌入式LINUX/Bootloader系统驱动程序的设计与实现[D]. 张健.吉林大学 2007
本文编号：3446875
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１传像光纤束??图１．１是传像光纤束的示意图，传像光纤束的技术关键是将光纤束从无序排??列转变为有序排列
浙江大学硕士学位论文?绪论??二二，??？?光奸有序排列■??图１．１传像光纤束??图１．１是传像光纤束的示意图，传像光纤束的技术关键是将光纤束从无序排??列转变为有序排列。一种可行的制造方法是将排列好的光纤束固化，再对光纤束??加热拉细，最后将光纤之间的固定物质用酸溶解掉。由于光纤束在使用过程中可??以弯曲，而且对导光影响不大，这种特性可以用来代替透镜，使医疗内窥镜结构??进一步筒化。图１．２是一种结构光式内窥镜光纤束阵列：??ＬＥＤ光源??－餅束末端阵列??口?〇?Ｈ——＾§§??Ｍｉ??耦合透镜??图１．２光纤束阵列［９］??１９５７年Ｈｉｒｓｃｈｏｗｉｔｚ发明了?一种改进的光导纤维，并利用它制作了世界第??一台光纤式内窥镜，可用于人体胃肠等部位的检测［１°］。自此以后，光纤式内镜快??速发展。１９６６年日本的Ｏｌｙｍｐａｓ公司发明了前端弯角结构，Ｍａｃｈｉｄａ厂在１９６７??年设计使用了外部冷光源，使光纤内部通光量大大增加，进一步增大了视野。随??着光纤式内镜的附属结构不断发展，使其不仅能用于医疗诊断，还可用于辅助手??术。??２??
浙江大学硕士学位论文???现代典型的光纤式医疗内窥镜有腹腔镜，直肠镜与支气管镜等。图１．３是??Ｋａｒｌ?Ｓｔｏｒｚ公司的光纤式输尿管镜１１２７８，它的头端部外径为２．?５圓，同时具??有９０°的视场角；导管直径只有２．５?ｍｍ，其弯曲角度高达２８５°。??—??图１．?３?Ｋａｒｌ?Ｓｔｏｒｚ光纤式输尿管镜１１２７８??图１．４是Ｏｌｙｍｐａｓ公司研发的光纤式输尿管镜ＵＲＦ－Ｐ６，它的头端部外径约??１．６?ｒａｎ，拥有９０°的视场角；光纤导管的直径只有２．?６５?ｍｍ，但具有２７５°的弯??曲角度，超细型的头端部以及导管使其能深入到狭小的腔道内部，观察到更复杂??的人体组织图像。??图?１．?４?Ｏｌｙｍｐａｓ?输尿管镜?ＵＲＦ－Ｐ６??光纤式内窥镜一直是国内的研究热门，在制造工艺上上与国外差距并不明??显。闰兴涛Ｕｌ］等设计了一种基于光纤传像束的内窥镜物镜，该内窥镜的光纤束直??径为１．１?ｍｍ，数值孔径ＮＡ为０．４，单丝直径只有１５?ｕｍ。最终设计的内窥镜物??镜总长约１０．?３２?ｍｍ，与光纤束的耦合效率高达９６％。殷刚１１２］等设计了一种光纤式??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]活细胞成像系统中两种新图像传感器及其应用[J]. 刘丽娜,薛冰,魏华,李华,薛奋勤,许晴. 激光生物学报. 2019(06)
[2]OV13B图像传感器 豪威科技公司[J]. 传感器世界. 2019(01)
[3]电子内窥镜的研究现状及发展趋势[J]. 张雯雯,周正东,管绍林,余子丽. 中国医疗设备. 2017(01)
[4]基于数据采集卡和GPU的MRI信号接收设计[J]. 郭新宇,肖亮. 波谱学杂志. 2016(04)
[5]基于FPGA+DSP架构异步FIFO视频图像数据采集实现[J]. 李波,李亚南,李健. 兵工自动化. 2016(09)
[6]软性输尿管镜术中国专家共识[J]. 杨嗣星,陈志强. 中华泌尿外科杂志. 2016 (08)
[7]医用内窥镜关键技术的研究[J]. 陈庆. 中国医疗设备. 2015(04)
[8]一款超小型广角医用内窥镜镜头的设计[J]. 朱佳巍,丁桂林. 激光与光电子学进展. 2014(09)
[9]医用超细内窥镜系统研究[J]. 徐忠,刘洪英,皮喜田,余巧,练阳,赵亚雄. 中国生物医学工程学报. 2014(01)
[10]利用光纤传像束的内窥镜物镜设计[J]. 闫兴涛,杨建峰,薛彬,周珂,赵意意,卜凡. 红外与激光工程. 2013(02)
硕士论文
[1]嵌入式智能工业相机的研究与实现[D]. 许晓.烟台大学 2019
[2]基于相位结构光的三维测量内窥镜系统研究[D]. 朱高杰.浙江大学 2018
[3]超细径大视场医用电子内窥镜系统研究[D]. 崔秀玲.沈阳理工大学 2016
[4]基于SAMA5D35的机车CCU主板设计与开发[D]. 王家春.西南交通大学 2014
[5]基于USB接口的高清电子内窥镜系统设计[D]. 姚陈昀.浙江大学 2014
[6]高清电子内窥镜嵌入式信号处理技术研究[D]. 叶伟.浙江大学 2013
[7]ARM9平台下嵌入式LINUX/Bootloader系统驱动程序的设计与实现[D]. 张健.吉林大学 2007
本文编号：3446875
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