无线供能图像胶囊内窥镜的设计与实验分析

针对目前胶囊内窥镜受到能量限制的问题,设计了一种基于无线供能的微型化、低功耗的图像胶囊内窥镜.对无线供能电路,图像传感器电路,无线发射电路进行设计研究,搭建了无线能量传输系统平台,制作了无线供能图像胶囊内窥镜样机,并通过实验验证了无线能量传输系统发射线圈设计的合理性.通过与医院合作的猪大肠内部图像采集实验,验证了研制的图像胶囊系统样机的可行性.完整的图像胶囊内窥镜的尺寸仅为510mm@20mm,图像传感器电路和无线发射电路的整体功耗最低约为65mW.

胶囊内窥镜便携式无线能量发射系统

对采用电磁感应无线能量传输(WPT)系统为视频胶囊内窥镜(VCE)提供能量的技术进行优化,主要对无线能量发射系统进行了改进,并搭建了便携式WPT平台。通过比较磁场强度和均匀度,选定了合适的发射线圈结构;通过分析谐振原理并测试Q值变化,确定了传输频率;在发射电路中加入可调电感提高频率稳定性,并测量了电流的波动情况。实验显示:优化设计的WPT系统稳定可靠,VCE在WPT平台上工作正常,可以30frame/s的帧率向接收天线发送分辨率为320×240的图像,功率为78.4mW。该无线能量发射系统可携带,传输效率和稳定性受人体行动影响较小,可保证VCE在高频率和高分辨率状态下持续工作,提高了VCE临床应用的可行性。

无线胶囊膀胱镜的发展现状

膀胱癌是世界第九大常见的恶性肿瘤,也是泌尿系统发病率最高的癌症。泌尿外科医生通过膀胱镜能够直接观察膀胱内部结构,是确诊膀胱癌的“金标准”。尽管术后联合化疗在提高患者生存率上效果显著,但其易复发的特点要求患者定期随访,而作为有创检查的膀胱镜在多次复查时给患者带来了巨大的痛苦造成依从性不高,也直接导致了对术后患者管理困难。随着科技的发展,新型内窥镜技术在泌尿系统疾病的诊疗过程中日渐重要。研发具有更高诊断准确性、更少视野盲区、更微小器械外形以及更舒适患者感受的膀胱镜成为了目前研究的重点。无线胶囊膀胱内镜将是解决上述问题的重要方法之一,本文将就胶囊膀胱内镜的发展现状和仍亟待解决的问题进行综述。

视频胶囊内窥镜无线能量接收系统的设计

基于电磁感应的无线能量传输系统可取代纽扣电池,为视频胶囊内窥镜提供充足稳定的能量,以延长其工作时间,同时提高图像质量。在限定接收线圈体积的条件下,通过对比,得到相对磁导率最大的磁芯形状与尺寸;对绕线采用不同的股数与匝数搭配,确定品质因数最高的接收线圈模型;最后将接收电路模块化,节省空间的同时提高了接收能量转化效率。集成了接收线圈的视频胶囊在无线供能平台上以30帧/秒的速率向外发送分辨率为320×240的图像,功率为78.4 mW。实验结果证明了此方法的可行性。

胶囊内窥镜无线遥测定位的校正

为了进一步提高采用交流励磁定位无线跟踪胶囊内窥镜的定位精度,减小系统误差,提出了改进的神经网络定位校正方法。首先,设计了适应于胶囊内窥镜定位校正的神经网络结构;然后,采用Levenberg-Marquart算法结合贝叶斯正则化方法改进校正网络,抑制校正网络的过拟合。通过定位实验平台,建立了定位目标的跟踪位置与实际位置的样本对照数据表,并应用校正网络对定位数据进行校正。定位校正实验表明,改进的神经网络校正法可进一步减小定位误差,校正后的X,Y,Z,α,β分量的平均误差分别减小至8.7 mm,10.1 mm,7.3 mm,0.086 rad和0.081 rad。与基本BP算法相比,采用Levenberg-Marquart贝叶斯正则化的改进算法有效提高了定位校正网络的泛化能力和收敛精度。

基于JPEG图像的无线胶囊内窥镜的设计

为了检测胃肠(GI)道疾病,设计并研制了一种新型的基于JPEG格式的数字式无线胶囊内窥镜(WCE)系统。胶囊内窥镜的直径为12mm,长28mm,非常易于吞服。胶囊内窥镜在人体肠道的蠕动作用下顺着消化道向下运动,同时获得分辨率为320×240的内窥镜图像,图像被压缩为JPEG格式后直接采用数字信号无线传出体外,无需进行D/A转换。数据被体外的接收盒接收存储,然后由图像分析软件进行再现、分析、诊断等处理。在用猪小肠模拟人体肠道的离体实验中,该胶囊内窥镜系统清晰地再现了猪小肠内部的图像。与基于Bayer格式模拟信号的胶囊内窥镜相比,数字信号抗干扰能力强,图像更加清晰,将有助于提高临床胃肠道疾病的诊断率。

胶囊内窥镜无线供能模块的研制

为了解决无线胶囊内窥镜电池供电不足的问题,研制了一种供能模块,在体外通过电磁感应方式为体内的胶囊内窥镜进行无线供能.针对胶囊内窥镜在人体内姿态的不确定以及微型化的特点和要求,设计、制作了合适的能量发射和接收装置,并通过实验对能量传输效果进行了验证.结果表明：当发射功率为18 W、在胶囊内窥镜姿态任意变化的情况下,无线供能模块能提供至少150mW的能量,且接收装置的空间尺寸仅φ10 mm×11 mm.在此基础上,研制出的胶囊内窥镜样机在离体实验中得到了清晰的猪小肠图像.

胶囊内窥镜数字无线通信模块的设计

为了提高胃肠道疾病的诊断率,设计了一种新型的基于JPEG图像格式的无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscope,WCE).针对图像数据量大、JPEG压缩格式对传输误码率要求苛刻以及WCE微型化、低功耗的特点和要求,对数字式无线通信应用于WCE以传输JPEG图像进行了研究,设计并研制了合适的发射和接收无线通信模块.实验测试表明,当发射功率为-30 dBm时,该通信模块的最大通信距离为7 m,无线数字信号经过脂肪组织后,数据接收误码率仅为0.03%,数据传输速率为110 Kb/s,平均功耗仅2.8 mA,完全符合系统的要求.在此基础上研制了无线胶囊内窥镜系统样机,并在离体实验中得到了清晰的猪小肠的图像,取得了满意的效果.

基于JPEG的数字式无线胶囊内窥镜的设计

为了提高胃肠道疾病的诊断率,设计了一种新型的基于JPEG图像格式的数字式无线胶囊内窥镜(WCE,wireless capsule endoscopy)系统,并研制出了样机。该胶囊内窥镜能将所获得的胃肠道(GI,gas-trointestinal)图像压缩为JPEG图像格式,然后以数字式无线通信的方式将图像数据传输到病人的体外,并被体外接收盒接收存储,最后通过上位机工作站进行显示处理。在离体实验中该胶囊内窥镜成功地得到了清晰的猪小肠的图像,取得了满意的效果。

一款用于无线胶囊内窥镜系统的微带天线设计与仿真

基于时域有限差分方法,采用真实人体数字三维模型,仿真了天线在人体消化道内辐射情况,分析了天线结构参数对天线辐射性能的影响。针对无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscopy,WCE)在人体消化道内工作特点,设计了一款能够用于发送消化道内图像数据的WCE微带天线,该微带天线谐振频率为500 MHz,输入回波损耗S11<-10 dB时相对带宽为8%,带内VSWR<2.0,最后采用仿真优化后的结构参数和材料制作了天线,并进行了测试,得到了满足实际应用要求的微带天线。

胶囊式内窥镜无线图像传输技术的研究

提出了胶囊内窥镜系统及其无线图像传输子系统的设计原则,确定了基于射频芯片RF2510和RF2917的设计方案。根据电磁波传播理论,计算了胶囊在人体内发射的电磁波信号穿透人体后的达到接收器时的场强值,结果表明,体外信号强度可以达到接收的要求,从而验证了该方案的可行性。

基于CF卡的无线胶囊内窥镜体外接收存储系统

本文介绍了一种基于CF卡的无线胶囊内窥镜体外接收存储系统的结构与原理。该系统采用高速单片机对接收的图像帧进行同步,采用FIFO对接收到的高速图像数据进行缓存,并在FPGA和单片机的共同控制下于胶囊休眠期将数据写入数据卡,成功实现了实时记录长时间图像数据的功能,提高了系统的可靠性。

无线胶囊式小肠内窥镜技术进展

本文简介了无线胶囊式内窥镜系统中的关键技术及进展,并着重介绍了M2A无线胶囊式内窥镜和NORIKA无线胶囊式内窥镜的技术构成。

无线胶囊式内窥镜的最新进展

无线胶囊式内窥镜是一个具有革命性的医疗方法,因为它第一次将无痛检查小肠成为现实.它是靠一个维他命片大小的内窥镜来拍摄消化道的图像的,肠道的蠕动迫使内窥镜向前移动.该装置由一个图像传感器、照明模块、射频发射器和电池组成.无线胶囊式内窥镜在生物医疗领域是一种全新的突破,而且关键技术的进展将会推进新一代这类装置的产生.因此,这篇综述旨在对近几年一些领域中的最新和最重大的发明进行一个论述,这些领域涉及人体生理参数的测量、先进的图像特征、定位、能量消耗监控、以及动力推进.

体内无线式内窥镜胶囊视频图像采集系统的设计

提出了一种新的数字无线式内窥镜胶囊视频图像采集系统。在对系统工作原理及其特点介绍的基础上,对微型成像系统中的图像采集和数据转换传输部分和无线发射部分进行了设计与改进,从而降低发射功耗,并减小电路尺寸。对所设计线路的实验测试表明:方案中的各系统部件调试工作正常,满足设计要求。

无线胶囊内窥镜新型接收线圈结构设计与分析方法

目前无线胶囊内窥镜(WCE)供应能量过低,限制了其诊查胃肠道病灶的性能。基于此提出了镂空三维接收线圈,线圈里可放置无线胶囊其他模块,进一步缩小无线胶囊体积。根据电磁场理论提出单匝分析法,分析了此线圈感应电动势和接收功率,并提出均匀度性能指标建立最优化模型,得出线圈最优设计参数;搭建角度姿态旋转平台测量线圈的感应电动势,实验测得感应电动势与理论值误差小于6%,验证了单匝分析法和线圈设计的合理性;将此线圈供能的无线胶囊内窥镜植入活体猪小肠内,得到的图像传输速率稳定为30 f/s,分辨率为400×400。新型线圈可给胶囊内窥镜提供充足稳定的能量,用于胃肠道疾病诊查。单匝分析法的应用不仅限于此结构的线圈,也可用于他它发射、接收装置相对位置和角度变化的植入式医疗设备的功率分析,并且此方法可用于求解发射和接收两级线圈之间的互感等电磁参数。

胶囊内窥镜体外无线图像传输存储系统设计

针对基于OV6920的胶囊内窥镜图像采集,从硬件和软件两方面着手,对体外无线图像传输存储系统的设计进行了研究,设计了体外无线图像传输系统。同时运用DirectShow接口技术,通过VC++开发平台,开发出电脑终端图像存储软件。实现了对胶囊采集图像的实时监测,并成功地将视频图像保存为AVI格式。软件支持多种格式视频文件的读取,可以对存在疑点的视频图像进行截图、预览和编辑,能够对采集图像进行相关图像处理,同时软件支持打印机打印。

新型无线内窥镜胶囊天线设计方法

本文提出一种基于圆锥型螺旋天线,应用于无线内窥镜检测技术的天线微型化电图、核磁共振成像等常用检测方式[1],已经在各医院广泛应用。X光检测、超声成像、胃电图、核磁共振成像等成像技术,需要的图像处理能力还有待提高;线缆内窥镜其最远只能到达人体胃部,不能到小肠,并且容易操作失误导致误伤病人。因此,提出无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscope,WCE)诊断技术。

无线胶囊内窥镜图像小肠息肉的自动识别

息肉是小肠常见疾病之一。无线胶囊内窥镜(WCE)是检查小肠疾病的常规手段,但每次检查都会产生大量图像,却仅可能包含少数病变图像。目前WCE病变的筛查高度依赖于医生的临床经验,耗时费力,且可能发生漏检或误检,因此实现WCE图像小肠息肉的自动识别意义重大。基于深度学习框架,结合数据增强技术和迁移学习策略,提出实现小肠息肉识别的新方法。基于原始数据集(包含4 300张正常图像和429张息肉图像)和拓展数据集(包含6 920张正常图像和6 864张息肉图像),对比分析不同的深度卷积神经网络模型(AlexNet、VGGNet和GoogLeNet)对息肉的识别效果。实验结果表明,在随机初始化的卷积神经网络中,GoogLeNet模型对息肉的识别效果最好,其敏感性、特异性和准确性分别达到97.18%、98.78%和97.99%,说明增加网络深度可以有效提高识别率。但网络深度增加需要更高的硬件配置和训练时间,因此结合迁移学习策略,AlexNet模型的敏感性、特异性和准确性分别达到了96.57%、98.89%和97.74%,AUC为0.996,表明该方法能有效提高模型整体性能,同时降低对训练时间和实验配置的要求。与传统手工提取图像特征或仅基于深层卷积神经网络进行分类的方法相比,所提出的方法可以在有限的训练数据和实验环境下为小肠息肉的自动识别提供有效的解决方案,有望帮助医生高效完成基于WCE检查的消化道疾病的精准诊断。

基于ZL70102的胶囊内窥镜无线传输系统

针对目前传统消化道疾病诊断正确率低、检查过程痛苦等问题,设计了一种利用无线通信技术将肠道内图像数据传输到体外的胶囊内窥镜系统。首先,通过图像采集模块获得胃肠道内的图像;然后,由数字无线传输系统将图像数据发送至体外;最后,体外接收端将接收到的数据快速上传到PC机进而恢复显示图像。实验结果表明,利用MSP430和ZL70102设计的无线传输系统具有体积小、功耗低、速率高的特点,相比现有的传输模拟信号的胶囊内窥镜,此数字无线通信系统的抗干扰能力强,图像数据的传输正确率能够达到80%,功耗仅为31.6 m W。