基于無線供能的雙頭膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)與出血識別算法研究.pdf

1、無線膠囊內(nèi)鏡（Wireless Capsule Endoscopy)作為一種安全方便、無痛無創(chuàng)、全消化道檢測工具，通過采集人體消化道的內(nèi)部圖像獲得病灶最直觀的信息，尤其在針對人體小腸等傳統(tǒng)插入式內(nèi)鏡很難檢測到的消化道部位，無線膠囊內(nèi)鏡有著得天獨厚的優(yōu)勢。近年來，有關(guān)WCE的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外醫(yī)療器械領(lǐng)域的研究熱點之一。然而無線膠囊內(nèi)鏡在給病人極大減輕痛苦的同時，其傳輸圖像的幀率、圖像質(zhì)量以及運行時間還無法完全滿足臨床使用要求，尤其是其采

2、集到的消化道圖像數(shù)量巨大多達幾萬張，每一張均需要由醫(yī)護人員來逐一排查是否含有病灶特征，這給醫(yī)務(wù)人員帶來了沉重的負擔(dān)，不僅降低了醫(yī)務(wù)人員的工作效率也阻礙了無線膠囊內(nèi)鏡在臨床上的推廣和使用。
　　本文依托國家自然基金（No.31170968)和上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉基金資助，對基于無線供能的雙頭視頻膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)及出血圖像識別算法進行了深入的研究：探索了基于無線供能的視頻膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)工作原理，設(shè)計出一套新型的基于OV6920的雙頭式膠囊內(nèi)

3、鏡系統(tǒng)，包括軟硬件的框架設(shè)計，機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和新型三維接收線圈的設(shè)計；同時對出血圖像智能識別算法也進行了深入的研究，包括統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法的理論探索，彩色空間的對比分析，出血特征提取方法的對比分析，支持向量機的應(yīng)用與參數(shù)優(yōu)化等。
　　目前市面上采用電池供能的W CE有效工作時間較短，只有6-8小時左右，小于臨床上完整的消化周期時間，因此會產(chǎn)生檢測盲區(qū)。本文對基于無線供能的膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)進行了深入的研究。首先，對系統(tǒng)進行了創(chuàng)新設(shè)計，由傳統(tǒng)的

4、單頭升級為雙頭，倆個攝像頭同時進行攝像拍照，幀率達到30f/s。再通過RF射頻將視頻傳輸?shù)襟w外的PC上，通過調(diào)節(jié)振蕩電路的電容值，使倆個傳輸通道的負載頻率分別為991.4MHz和1.013GHz，倆者相差21.6MHz，處于可接收范圍之內(nèi)，圖像都能被清晰地分別接收到；此外，為了進一步縮小膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)的尺寸，本文設(shè)計出一款新的無線供能三維接收線圈，采用高磁導(dǎo)率錳鋅材料制作的空心圓柱體作為磁芯，用新型的沿橢圓繞制線圈方法來制作新型接收線圈，

5、每個線圈互成120度。可以將部分硬件電路放置于空心磁環(huán)中從而減少整個系統(tǒng)長度，實驗證明采用新線圈的系統(tǒng)在穩(wěn)定運行的同時，系統(tǒng)長度降低了6mm。
　　除了搭建雙頭膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)以外，本文還探索了統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法并采用支持向量機作為膠囊內(nèi)鏡出血識別分類器。支持向量機具有適用于小樣本分類、運算收斂速度快、泛化能力強等優(yōu)點。本文分別探索了RGB、HSI、H S V三個彩色空間的原理及相互轉(zhuǎn)化方法，研究了三種常見的出血特征提取思路：基于顏色直方圖

6、的全局圖像特征提取方法、基于局部圖像的特征提取方法和基于像素的特征提取方法。本文提出一種出血特征參數(shù)選取方法，該方法結(jié)合了基于像素的特征提取方法和基于局部圖像特征提取方法倆者的優(yōu)勢。進行分類實驗時，首先對RGB三個獨立向量進行等間隔采樣，降低向量冗繁程度；再選取紅色像素比上紅色與藍色像素之和作為特征向量。首先，在實驗過程中選取不同的核函數(shù)進行對比實驗，從而確定最優(yōu)核函數(shù)；然后，在片上機上采用K-fold交叉驗證方法對SVM的參數(shù)c和g實