基于无线供能的胶囊内窥镜图像采集系统

发布时间：2017-09-20 01:36

  本文关键词：基于无线供能的胶囊内窥镜图像采集系统

  更多相关文章： 胶囊内窥镜 OV7740 JPEG 图像压缩芯片CX93510 无线供能

【摘要】：近年来由于社会快速发展,饮食结构变化导致患消化道系统疾病增长率加快,传统机械式内窥镜检查在给患者带来难以忍受痛楚的同时还存在检查创伤和交叉感染的风险。本文研制了一种基于微创/无创诊断的消化道疾病诊断设备-胶囊内窥镜系统。该胶囊系统由数据采集压缩模块、数据无线传输模块以及体外数据接收模块组成。工作流程为:病人吞服胶囊后,体内的胶囊内窥镜在数据采集压缩模块部分得到消化道内壁的图像信息,并对图像信息进行压缩处理,压缩后的图像数据通过无线传输模块发送至体外的数据接收模块。在体外得到消化道图像压缩数据后,便可恢复成适于人眼观察的JPEG格式图像,供医生诊断消化道病变。自2000年以色列的Given Imaging公司推出胶囊内窥镜以来,经过二十几年的发展,许多与胶囊内窥镜临床应用相关的技术如:消化道图像采集压缩技术、无线传输技术和胶囊内窥镜功耗尺寸减小等方面的技术都得到了很大的发展。但是胶囊内窥镜临床应用仍存在诸多实践上的难题,主要包括:胶囊内窥镜在消化道内姿态和位置的精确控制和定位,胶囊内窥镜在消化道内连续长时间的工作以及消化道成像质量差等问题。本文依托于国家自然科学基金面上项目(No.31271069)、国家自然科学基金青年基金(No.30800235)和上海交通大学医工(理)交叉基金(No.YG2013MS24)。项目提出利用体外永磁体和胶囊内置永磁体来控制胶囊在消化道内的姿态和位置,解决胶囊内窥镜在消化道内姿态和位置无法主动控制的问题,消除胶囊内窥镜存在漏检区域和盲点的问题。另外还提出利用体外无线供能方式解决胶囊内窥镜在消化道内连续工作时间过短的问题。通过本课题的研究,将胶囊内窥镜研制成为在消化道内移动的可控诊疗平台。在胶囊视频导航功能的基础上,由体外无线供能功能为胶囊内窥镜提供不间断能源供给,将治疗工具如热疗和施药等模块集成在胶囊内窥镜内部,从而实现无创、可视稳定的胶囊内窥镜诊断和治疗平台。论文重点研究基于高压缩比的胶囊内窥镜的图像采集模块,主要研究了基于JPEG格式的胶囊内窥镜的工作原理并设计实现该系统功能,该模块主要包括数据采集和数据压缩两个部分。数据采集部分该系统采用了数字输出的CMOS图像传感器OV7740,后续采用专门的图像数据压缩芯片CX93510来对图像数据进行压缩。图像采集模块得到的JPEG格式数据通过无线发送至PC端,最后在PC端进行图像恢复验证。试验结果表明,胶囊内窥镜直径不超过11mm,实现微型化,适于人体吞服。在工作背景图像较为简单的环境下,数字图像采集模块采集到的图像压缩比在40:1左右。在保证成像质量的基础上能够有效降低采集到的数据量,减轻后期对无线传输的负载压力,提高无线传输的速率。
【关键词】：胶囊内窥镜 OV7740 JPEG 图像压缩芯片CX93510 无线供能
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH776.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景12-16
• 1.2 胶囊内窥镜的研究现状16-18
• 1.2.1 胶囊内窥镜的驱动和定位研究16-17
• 1.2.2 胶囊内窥镜的供能研究17-18
• 1.2.3 胶囊内窥镜成像质量的研究18
• 1.3 课题主要研究内容18-19
• 1.4 本文结构19-20
• 第二章 系统设计方案20-38
• 2.1 总体系统设计20
• 2.2 图像采集模块方案20-22
• 2.3 数字图像压缩模块方案22-34
• 2.3.1 JPEG简介23-33
• 2.3.2 图像压缩方案33-34
• 2.4 无线通信模块方案34-35
• 2.5 低功耗方案35-36
• 2.6 微型化方案36
• 2.7 图像质量评价方案36-37
• 2.8 本章小结37-38
• 第三章 系统硬件设计38-44
• 3.1 体内图像胶囊硬件设计38-43
• 3.1.1 MSP430核心控制模块设计38-39
• 3.1.2 CMOS图像采集模块39-40
• 3.1.3 图像压缩模块40-42
• 3.1.4 电源管理模块42-43
• 3.2 本章小结43-44
• 第四章 系统软件设计44-53
• 4.1 图像胶囊软件模块44-52
• 4.1.1 CMOS图像采集控制器45-47
• 4.1.2 图像压缩控制器47-52
• 4.2 本章小结52-53
• 第五章 无线供能简介53-59
• 5.1 无线供能原理简介53-56
• 5.2 无线供能电路图56-58
• 5.2.1 体外能量发射部分56-58
• 5.2.2 体内能量接收部分58
• 5.3 本章总结58-59
• 第六章 系统测试59-67
• 6.1 胶囊原型样机59
• 6.2 图像采集压缩模块测试59-63
• 6.2.1 SPI通道验证59-60
• 6.2.2 IIC(SCCB)通道验证60
• 6.2.3 图像重建恢复60-63
• 6.3 图像质量评价63-65
• 6.4 无线能量传输试验65-66
• 6.5 本章总结66-67
• 第七章 总结与展望67-69
• 7.1 主要工作总结与创新简介67-68
• 7.2 后续工作展望68-69
• 参考 文献69-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文77-78
• 攻读硕士学位期间申请国家发明专利78-79
• 附件79

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本文编号：885160