膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)無線通信技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的消化道疾病診斷是使用機械式內(nèi)插管強行進入患者體內(nèi)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(nèi)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(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。膠囊內(nèi)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(nèi)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(nèi)膠囊的姿態(tài)和位置，導(dǎo)致膠囊內(nèi)窺鏡檢測存在隨機性、盲點，且膠囊內(nèi)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(nèi)窺鏡上述缺陷，本文依托國家自然科學(xué)基金(No.31271069)、國家自然科學(xué)基金青年基金(No.30800235)和上海交通大學(xué)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(dāng)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(jù)無線通訊模塊和無線供能模塊，具體研究內(nèi)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(shè)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(shè)計的無線通信模塊可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，為膠囊發(fā)送圖像數(shù)據(jù)和接收控制命令提供了保證。通信距離在3m內(nèi)時，數(shù)據(jù)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(zhì)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(jù)。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)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(jù)壓縮可以極大地提高膠囊內(nèi)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(nèi)能量接收模塊組成。通過調(diào)

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(nèi)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(jù)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(jié)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