膠囊內窺鏡系統(tǒng)無線通信技術研究.pdf

1、傳統(tǒng)的消化道疾病診斷是使用機械式內插管強行進入患者體內進行檢查的一種手段，存在檢查過程痛苦、易出現(xiàn)創(chuàng)傷、容易引起交叉感染等缺點。膠囊內窺鏡的研制成功給胃腸道疾病患者帶來了福音，體積小易于吞服、能夠檢測小腸盲區(qū)等優(yōu)點使其在胃腸道疾病診斷領域發(fā)揮著越來越重要的作用。膠囊內窺鏡檢查不會影響患者的正常生活，有些疾病如果能夠提早發(fā)現(xiàn)并采取治療可以極大的提高治愈率。但臨床使用的膠囊內窺鏡進入消化道后只能被動跟隨消化道蠕動前行，體外無法操作控制消化道

2、內膠囊的姿態(tài)和位置，導致膠囊內窺鏡檢測存在隨機性、盲點，且膠囊內窺鏡上沒有治療工具，發(fā)現(xiàn)存在的消化道疾病后，無法對疾病進行治療。
　　針對膠囊內窺鏡上述缺陷，本文依托國家自然科學基金(No.31271069)、國家自然科學基金青年基金(No.30800235)和上海交通大學醫(yī)工交叉基金項目(No.YG2013MS24)，研制基于體外磁控制的診療膠囊系統(tǒng)，醫(yī)生利用該診療膠囊系統(tǒng)可以實時診斷消化道疾病。當發(fā)現(xiàn)消化道存在病灶時，利用體外

3、磁控制即可對病灶進行治療。本論文工作重點是研究該診療膠囊系統(tǒng)的數(shù)據無線通訊模塊和無線供能模塊，具體研究內容包括以下方面：
　　1、采用了一款專用醫(yī)療射頻芯片 ZL70102完成無線通信模塊的設計。ZL70102在2.45GHz超低功耗喚醒模式時的電流僅為290nA，發(fā)送和接收狀態(tài)時的功耗僅為5mA。本文設計的無線通信模塊可以實現(xiàn)數(shù)據的雙向傳輸，為膠囊發(fā)送圖像數(shù)據和接收控制命令提供了保證。通信距離在3m內時，數(shù)據傳輸正確率高，能夠滿

4、足可攜帶式接收端的要求。
　　2、膠囊前端的圖像采集模塊選擇了一款體積小、功耗低、質量高的CMOS數(shù)字圖像傳感器，能夠輸出分辨率為320×240的彩色圖像數(shù)據。數(shù)字圖像數(shù)據量較大，需要采取壓縮處理，本文選用了一款具有JPEG壓縮功能的芯片CX93510。在無線通信速率一定的情況下，圖像數(shù)據壓縮可以極大地提高膠囊內窺鏡的幀率。
　　3、為了擺脫功耗的限制，本文研究了體外無線供能系統(tǒng)，由體外能量發(fā)射和體內能量接收模塊組成。通過調

5、節(jié)體外能量發(fā)射頻率使其與發(fā)射線圈實現(xiàn)共振，輸出最大發(fā)射功率。能量接收模塊給膠囊內窺鏡所有模塊提供正常工作所需的能量，實驗表明無線供能模塊能夠為膠囊系統(tǒng)提供的功率為200mW，超過膠囊正常將圖像數(shù)據傳出所需的175mW，驗證了無線供能方案的可行性。
　　本文研究工作和同組成員研究工作的結合，研制成功了基于無線供能的數(shù)字圖像膠囊系統(tǒng)原型樣機，電路板直徑為10mm，組裝后的數(shù)字圖像膠囊系統(tǒng)長度不超過15mm（不含無線供能模塊），為進一步