论文题目: 基于MEMS的消化道无线内窥镜的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 生物医学工程
作者: 张思杰
导师: 彭承琳,郭兴明
关键词: 消化道无线内窥镜,微机械电子系统,图像传感器,图像无线传输
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 虽然管道式消化道电子内窥镜在消化道疾病的检查中发挥了巨大的作用,但在小肠的检查过程中却体现出了它的局限性,现有的管道式电子内窥镜无法对小肠的全程进行观察。其它传统的检查手段因敏感性和准确性较低,也无法满足临床诊断的要求。无线内窥镜克服了管道式内窥镜的局限,微型摄像胶囊通过吞咽进入肠道,可以对食道、胃、小肠和大肠进行特定和非特定位置的图像拍摄,从而可以对整个消化道系统进行检测,克服了传统电子内窥镜只能检测胃部及部分肠道的缺陷。病人检查是无创、无痛苦的,符合国际生物医学工程所倡导的无创或微创的发展趋势。本文回顾了MEMS技术和消化道电子内窥镜的研究进展。MEMS技术的出现为消化道无线内窥镜摄像胶囊的微型化提供了一条很好的途径。无线内窥镜包括无线摄像胶囊、图像信号无线传输设备、影像浏览工作站三部分。本课题首先对系统的各个模块分别设计了多个方案,然后综合考虑各种因素,力求找到一个较佳的总体设计方案来实施。本项目主要的研究成果如下:(1)自行设计和研究出一种消化道无线内窥镜检查系统原理样机,在猪肠道中进行了模拟动物实验,拍摄到猪肠道内壁图片。(2)无线电摄像胶囊要求微型化和低能耗。在无法购到和定做到完全合乎技术要求图像传感器的情况下,选用了技术指标基本合乎要求的图像传感器OV7930N,但OV7930N也存在着尺寸过大和功耗过大的问题。对这两个问题的解决,一是通过激光切割取出图像传感器裸片,再通过MEMS技术加工,利用厚膜工艺实现了摄像电路模块的微型化。另外,本项目中摄像胶囊采用的是纽扣电池组供电,纽扣电池适宜在微电流情况下工作。在OV7930N内在功耗无法减小的情况下,对摄像胶囊采用了用了断续供电的工作方式,创造性地设计出一种能源管理电路:采用升压稳压模块lf1751-5作为电子开关,采用MSP430x11x1微处理器产生周期长达1分钟,脉宽为1秒的脉冲,来控制电子开关的通和断,从而控制整个摄像胶囊的供电。lf1751-5和MSP430x11x1都是微功耗的集成电路,整个能源管理电路的功耗不超过2mW。通过断续供电的工作方式,可以将摄像胶囊的工作时间从3分钟延长到6个多小时,基本满足临床需要。(3)根据项目的需要进行了光学透镜设计和照明电路设计,这两个模块对成像质量都有着直接的影响。(4)对模拟视频信号的无线传输采用了两种调制方式,一种是调幅方式,把图像传感器采集到的视频信号通过射频调幅的方式无线发送出去,体外有相应的调幅解调接收装置还原出视频信号;另一种是调频方式,方法和前面的类似,不过把调制方式换为调频。相较而言,调频方式传送的图像质量更好。两种方式设计的关键都是无线发射模块要微型化、微功耗。(5)研究了图
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 引言
1.1 MEMS 技术简介
1.1.1 MEMS 技术研究的重要意义
1.1.2 MEMS 器件的功能和分类
1.1.3 MEMS 技术的发展趋势
1.1.4 生物MEMS 技术的研究进展
1.2 人体消化道医用无线内窥镜的研究进展
1.2.1 医用电子内窥镜的研究进展
1.2.2 管道式消化道电子内窥镜的局限性及消化道无线内窥镜研究的重要意义
1.2.3 消化道无线内窥镜检查系统的研究进展
1.3 本课题研究的目的和研究内容
1.3.1 主要研究内容与目标
1.3.2 研究目标
2 消化道无线内窥镜系统的方案设计
2.1 图像传感器
2.2 无线内窥镜胶囊的供电方案
2.3 体外图像接收装置
3 消化道无线内窥镜摄像胶囊的研究
3.1 人体胃肠道特征分析
3.2 图像传感器
3.2.1 CCD 图像传感器的工作原理
3.2.2 CMOS 图像传感器的工作原理
3.2.3 CCD、CMOS 图像传感器的比较
3.2.4 内窥镜胶囊对图像传感器的技术要求
3.2.5 图像传感器的选择
3.2.6 OV7930N 图像传感器简介
3.2.7 OV7930N 摄像电路中存在问题的解决
3.3 光学系统
3.3.1 摄影系统的一些光学特性
3.3.2 无线摄像胶囊的光学系统
3.4 照明电路
3.4.1 人眼的视觉特性
3.4.2 光源
3.4.3 消化道内窥镜所用光源
3.5 图像信号的无线传输技术
3.5.1 数字图像信号的无线传输
3.5.2 模拟视频信号的无线发射
3.5.3 模拟视频信号的无线接收
3.6 电源管理方案
3.6.1 电池
3.6.2 电源管理方案设计
3.7 小结
4 体外图像采集的研究
4.1 图像采集卡采集
4.1.1 视频信号的制式
4.1.2 视频信号采集卡的选取
4.1.3 OK_20A 卡的在无线窥镜图像采集中的应用
4.2 无线内窥镜便携式体外接收装置的设计
4.2.1 便携式无线内窥镜接收系统的构成
4.2.2 DSP 原理
4.2.3 视频信号的解码
4.2.4 DSP 和SAA7114H 之间数据的交换
4.2.5 便携式无线图像接收系统数据的存储
4.2.6 小结
4.3 模拟动物实验
5 结论
致谢
参考文献
附录 A：一些 CMOS 图像传感器厂家及其部分产品型号
附录 B：像差追迹表
附录 C：作者在攻读博士学位期间发表的论文及参加科研情况
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2006-12-05
相关论文
- [1].无线胶囊内窥镜系统及内窥图像中出血智能识别研究[D]. 潘国兵.上海交通大学2010
- [2].无线胶囊内窥镜图像处理技术研究[D]. 付延安.山东大学2013
- [3].无线内窥镜系统设计及内窥镜图像压缩编码算法研究[D]. 杨丽.重庆大学2008
- [4].按需式无线内窥镜的设计与研究[D]. 赵德春.重庆大学2008
- [5].基于液体环境的内窥镜机器人的研究[D]. 陈柏.浙江大学2005
- [6].MEMS器件设计、封装工艺及应用研究[D]. 关荣锋.华中科技大学2005
- [7].基于光纤光栅传感的智能内窥镜形状感知系统[D]. 张伦伟.上海大学2005
- [8].医疗内窥镜视觉导航技术研究[D]. 张震.上海大学2006
- [9].人体消化道出血信息微型无创检测系统的关键技术研究[D]. 施建.上海交通大学2007
- [10].无线胶囊内窥镜系统及内窥图像反降晰研究[D]. 周曲.上海交通大学2007
标签：消化道无线内窥镜论文; 微机械电子系统论文; 图像传感器论文; 图像无线传输论文;