無線電刺激膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)技術(shù)研究.pdf

1、胃腸道疾病的傳統(tǒng)檢測方式是利用內(nèi)插式內(nèi)窺鏡深入到人體內(nèi)部進(jìn)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(nèi)創(chuàng)傷等惡果。隨著膠囊內(nèi)窺鏡的問世，無痛無創(chuàng)、低風(fēng)險(xiǎn)的胃腸道疾病檢測成為了可能。但臨床使用的膠囊內(nèi)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(diǎn)，而且現(xiàn)有的產(chǎn)品只具有簡單的檢測功能，在發(fā)現(xiàn)病灶部位后無法及時實(shí)施治療，貽誤病情。
　　針對膠囊內(nèi)窺鏡上述缺陷，本文依托國家自然科學(xué)基金(No.31271069)、國家自

2、然科學(xué)基金青年基金(No.30800235)和上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉基金項(xiàng)目(No.YG2013MS24)，研制具有電刺激診療功能的無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)醫(yī)生的體外操作控制，將胃腸道內(nèi)部圖像傳輸至體外，當(dāng)發(fā)現(xiàn)病灶部位時，及時實(shí)施電刺激治療，同時體內(nèi)的膠囊內(nèi)窺鏡使用無線能量傳輸模塊為其供電。本論文工作重點(diǎn)包括圖像采集與壓縮，無線數(shù)據(jù)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(shù)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(nèi)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(shù)據(jù)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(xié)議內(nèi)容專門服務(wù)于植入式醫(yī)療系統(tǒng)，具有完善的信道檢測、通信連接、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、誤碼重傳等機(jī)制。電刺激功能利用雙運(yùn)放壓控恒流源設(shè)計(jì)，為了符合功耗與尺寸的要求，利用PWM波形實(shí)現(xiàn)DAC的功能。體

4、外無線供能單元對發(fā)射功率進(jìn)行實(shí)時觀測，調(diào)整發(fā)射波形的頻率與幅值，實(shí)現(xiàn)反饋控制。
　　離體實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，集成后的無線膠囊內(nèi)窺鏡直徑11mm，適于患者吞服。體內(nèi)膠囊內(nèi)窺鏡與體外接收控制器距離在2m以內(nèi)時，圖像與控制數(shù)據(jù)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?shù)男逝c膠囊位置、姿態(tài)等相關(guān)，可以較穩(wěn)定的提供300mW以上的接收功率，滿足體