消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的設(shè)計(jì)

1、<p>　　消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘 要】本文首先回顧了消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡的研究進(jìn)展。然后對(duì)無(wú)線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行了介紹。尤其詳細(xì)介紹了無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊樣機(jī)的圖像采集模塊，圖像信號(hào)的無(wú)線傳輸模塊，核心控制模塊。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊；微處理器；圖像傳感器 </p><p>　　由于無(wú)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(diǎn)是“無(wú)創(chuàng)”，因此具有廣泛的臨床使用價(jià)值。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，有多個(gè)國(guó)家都投入了資金進(jìn)行無(wú)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(shí)驗(yàn)室。國(guó)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(dòng)引導(dǎo)式內(nèi)窺鏡，北京301醫(yī)院的無(wú)線內(nèi)窺鏡，重慶大學(xué)的無(wú)線內(nèi)窺鏡方面的前期研究。 </p><p>　　一、消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)組成 </p>

3、;<p>　　消化道無(wú)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(wú)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(wú)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(jì)作一簡(jiǎn)介： </p><p>　　二、消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡攝像膠囊的設(shè)計(jì) </p><p>　　消化道無(wú)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(jì)中，根據(jù)各自功能將無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊分為三個(gè)功能模塊，即由圖像采集模塊、圖像信號(hào)的無(wú)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(jì)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(jì)。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?yàn)樵谠O(shè)計(jì)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(wú)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(zhǎng)紐扣電池的使用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。綜合考慮各種因素，圖像傳感器OV7930N基本滿足設(shè)計(jì)要求，但需要進(jìn)行一定的技術(shù)加工，才能滿足無(wú)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(jì)。絕大多數(shù)的無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊的光學(xué)系統(tǒng)都是考慮非球面設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)考慮到非球面設(shè)計(jì)難度過(guò)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(jì)的光學(xué)系統(tǒng)僅采用球面鏡設(shè)計(jì)，其視場(chǎng)角大約為60°左右。本設(shè)計(jì)的照明電路采

6、用在光學(xué)透鏡的四周分布了四個(gè)發(fā)光二極管，照明電路的工作電壓為5V，每個(gè)發(fā)光二極管與一個(gè)電阻串聯(lián)，從而使整個(gè)照明電路的工作電流大約為5mA。（</p><p>　　整個(gè)核心控制模塊的控制是通過(guò)升壓芯片和微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)方案中，升壓芯片既當(dāng)作電子開(kāi)關(guān)，又被當(dāng)作升壓穩(wěn)壓裝置。微處理器用來(lái)產(chǎn)生周期信號(hào)，而產(chǎn)生的脈沖周期信號(hào)的周期為30秒，方波脈寬為2秒。通過(guò)對(duì)微處理器進(jìn)行編程，可以在它的輸出端輸出周期信號(hào)，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(hào)。于此同時(shí)，升壓芯片輸出端打開(kāi)，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(shí)，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(wú)線內(nèi)窺鏡攝像膠囊整個(gè)電路的功耗極低。相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)4個(gè)小時(shí)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(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)的消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡攝像膠囊基本能夠?qū)D像進(jìn)行清晰的實(shí)時(shí)采集。這表明，本設(shè)計(jì)所提出的無(wú)線內(nèi)窺鏡攝像膠囊技術(shù)方案是完全可行的。通過(guò)進(jìn)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(jià)值的消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡攝像膠囊。 </p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn) </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(bào)（社會(huì)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(jìn)展[J].中國(guó)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(guó)強(qiáng)，梅濤，孔德義等.無(wú)線微型機(jī)器人腸道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中圖像采集與無(wú)線傳輸子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[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(wú)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(bào).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(wú)線內(nèi)窺鏡的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào).2005（7）：681～683 </p><p>　　[10]張思杰.基于MEMS的消化道無(wú)線內(nèi)窺鏡的研究[M].重慶大學(xué).2005 </p><p>　　項(xiàng)目基金：本文受