基于JPEG的数字式无线胶囊内窥镜的设计

　　目前,医学上对消化道疾病的诊断主要采用内窥镜检查方法,现有的内窥镜检查技术都是采用传统的机械内插式肠胃内窥镜。在这种内窥镜诊断方式下,有2/3的小肠部位无法到达,无法完成全消化道检测,从而降低病灶检出率,甚至造成误检[1~3]。同时引导插管进入人体肠胃不仅给患者带来痛苦,还有可能伤害肠壁胃壁造成交叉感染[4~6]。随着半导体技术、无线通信技术、集成电路技术,以及LED照明技术的发展,无线胶囊内窥镜(WCE,wireless capsule endoscope)取代传统插入式内窥镜成为可能[7]。无线胶囊内窥镜能够克服机械插入式内窥镜的缺点,是一种可吞服的内窥镜系统。胶囊内窥镜被病人吞服后,在胃肠道蠕动的作用下顺着消化道向下运行,同时采集胃肠道内壁的图像并将图像数据发射到体外,从而使医生能够方便地对人体全消化道进行无痛、无创检测。现有的胶囊内窥镜大多将Bayer格式的图像转换成模拟量,然后通过模拟无线通信发射到体外。模拟无线通信具有频带宽、速率快的优点,但是模拟信号易受干扰、误码率高、电路复杂,严重影响了图像质量和胶囊的微型化[7]。笔者设计了一种基于JPEG图像格式的数字式无线胶囊内窥镜系统。该胶囊内窥镜能将所获得的胃肠道图像压缩为JPEG格式,然后用数字式无线通信模块直接将JPEG图像传输出体外,不用通过D/A转换,节省了D/A转换的能量,并且增强了信号的抗噪声能力。

　　1　系统结构

　　基于JPEG图像格式的数字式无线胶囊内窥镜与以往胶囊内窥镜相比具有以下特点:①采用了数字图像输出的低功耗CMOS图像传感器;②采用了数字式发射模块,信号抗干扰能力强,误码率低;③图像数据被压缩为JPEG格式且压缩率可调。JPEG数字式无

　　线胶囊内窥镜系统由胶囊内窥镜、接收盒、图像工作站3部分组成[8],如图1所示。胶囊内窥镜被病人吞服后,在人体肠道的蠕动作用下顺着肠道向下运动,同时采集胃肠道内壁的图像,并将图像转化为JPEG格式然后使用数字式无线通信将JPEG图像发射到体外。接收盒接收人体内胶囊内窥镜发射出来的图像信号,并将图像数据传输到图像工作站。图像工作站通过图像处理软件将得到的图像数据解码显示,或者进行图像处理等操作。

　　2　胶囊内窥镜的设计

　　2. 1　胶囊内镜组成

　　胶囊内窥镜由以下7个模块组成,其结构图如图2所示。模块1为带有半球形透明摄像窗口的胶囊外壳,既能保护胶囊镜头和内部电路,又有助于胶囊推开褶合的肠道。模块2为短焦距镜头,它能将消化道壁成像在CMOS图像传感器上———模块3。模块4为MCU控制单元,它协调控制各个功能模块。模块5为数字式无线发射模块,负责将图像数据发射到体外。模块6为电源,由1颗Li-ion电池、1个磁开关和电压转换器构成,为胶囊和功能模块提供稳定的电源。模块7为4颗均匀分布在胶囊内窥镜前端的白光LED,为了减少功耗, LED灯在图像获取时点亮,其余时间熄灭。组装好的基于JPEG的胶囊内窥镜如图3所示。