无线胶囊内镜便携式研究

　　0　引　言

　　在医疗领域,采集患者胃肠道影像是视频技术的应用之一[1]。传统的机械插入式内窥镜不仅会给患者带来不适合痛苦,同时存在一些无法检测的盲区。用吞入式胶囊内镜可以进行全胃肠道的无创检查[2],但却由于检测周期较长而无法像传统检查方法那样做到医生在线检查。随着多媒体技术的发展,视频编解码技术日趋成熟[3],这使经由无线胶囊内镜的方法检测胃肠道得以实现。现有的无线胶囊内镜系统包含了体内无线胶囊内镜和体外工作站两部分,体内胶囊内镜拍摄胃肠道视频影响,将之无线发射至体外工作站[4],实现了胃肠道图像的无拖线检测,大大减轻了患者的痛苦[5]。但目前的无线胶囊内镜胃肠道检测时间在4 h左右,无法完成全胃肠道检测,同时在体外部分采用的实时显示需要医生长时间的进行在线观测,使检测效率降低,且不便于携带。为了实现胃肠道检测与医生检查在时间上的分离,就要求无线胶囊内镜系统满足低功耗、小体积、长工作时间的便携式要求。本设计基于嵌入式技术,在体内胶囊部分采用低功率CMOS摄像头,减少了胶囊实体的功耗,同时将体外工作站分为视频采集和视频回放两个部分,使医生能够在患者胃肠道检查结束之后对视频影像进行诊断,保存的视频文件还能够进一步的进行一些识别处理,提高了无线胶囊内镜检测的效率,实现了无线胶囊内镜系统的便携式要求。

　　1　系统设计方案

　　为了实现便携式的要求,本设计将无线胶囊内镜系统分为3个部分:前端、中端、后端。前端是无线胶囊实体,它包括了低CMOS功耗摄像头、控制模块、LED照明模块、无线能量接收模块以及无线发射模块。中端为视频采集子系统。该子系统采用TI达芬奇DM355双核芯片,具有速度快效率高使用灵活等特点[6-7]。系统中断接收来自前端的模拟视频信号,并视频信号进行压缩编码,存储在SD卡上。后端则是一个软件平台,它提供了视频播放、抓图、诊断报告的生成以及进一步处理的程序框架。

　　2　硬件系统的实现

　　胶囊内镜系统硬件实现主要在于前端和中端两个部分。

　　2.1　系统前端

　　胶囊内镜系统前端拍摄胃肠道图像,其功耗是主要解决的问题。在前端的各个模块中,控制模块中所使用的单片机仅仅在胶囊开机的时候对CMOS摄像头芯片进行初始化设置,然后便进入休眠模式。为了减少耗能,设计中用OV6920 CMOS模拟摄像头替代了数字摄像头,减少了A/D转换所消耗的能量。OV6920的接口电路较为简单,单片机模拟SCCB协议,对OV6920初始化控制字。类似于I2C通信,SCCB信号线上也需要接上拉电阻。OV6290输出的是NTSC视频信号,每秒传输29帧大小为320×480的图像。整个系统的实际工作电流为35 mA,额定工作电压3.3 V,功率为115.5 mW。