内窥镜胶囊无线发射装置的改进与OV6920开发应用研究

摘要

随着MEMS技术、通讯技术和计算机技术等多学科的发展,微创甚至无创越来越成为人们对于外科诊疗技术的追求,而内窥镜是实现这一追求的重要手段。为此,国内外很多研究机构和学者都致力于该方向的研究,也取得了丰硕的成果,本文正是在这样的研究背景下而展开的。 本文在已有的国内外先进内窥镜技术和自主成功研制基于OV7910、OV7930内窥镜胶囊的基础上,针对目前困扰内窥镜胶囊研究与发展关键技术——微型化和微功耗,采用了世界上尺寸最小、功耗较低的图像传感器OV6920,研究设计了OV6920的外部控制电路,对原有的模拟射频发射电路进行改进和优化,调整电路的性能参数,减小电路的尺寸和功耗,研究设计了发射电路的实验板和PCB板,同时对系统的电池组单元、支架照明单元、透镜光学单元进行了研究设计,研制了带有磁控开关的无线胶囊式内窥镜微机电系统。该系统利用图像传感器采集外部图像,并通过内部无线发射电路和外部无线接收电路实现图像的无线传输,图像最终进入计算机进行最终处理。系统在外部磁场的作用下工作,实现定位检查,可节约内窥镜的电池能源,延长系统连续采集的工作时间。 在本文所述的内窥镜系统设计中,综合运用了电子电路、几何光学、精密机械等多方面的知识,并进行了大量的实验研究,以证明该系统的实际应用的可行性。论文主要完成了以下内容： 一、对内窥镜系统的体内部分进行了从原理到设计再到实际加工制作的过程介绍,并通过实验测试了该系统的有效性,证明该系统可以很好地实现所需功能； 二、对发射电路单元进行研究设计,通过电路的重新设计,降低了发射电路的功耗,并减小了该部件的尺寸,使其更有利于人体微型内窥胶囊中； 三、通过对最新的OV6920芯片的应用开发,实现图像的采集,该芯片尺寸只有OV7910、OV7930三分之一或四分之一,另外其功耗也有明显的降低,这为降低整体功率和尺寸提供了可能； 四、将内窥镜系统的图像传感器单元、射频发射单元进行实验,采集外部图像,对实验结果进行分析,掌握了解目前系统的性能,并提出了改进方案； 五、将目前已经研究的数字式胶囊内窥镜的原理和设计方案做了简要介绍,以作为对今后的进一步研究和发展方向的基础；

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.1.1微创医学的研究发展

1.1.2内窥镜在微创医学中的技术应用

1.2无线内窥镜的性能优势和局限性

1.2.1无线内窥镜的性能优势

1.2.2无线内窥镜的局限性及待创新点

1.3无线内窥镜发展现状和趋势

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究进展

1.3.3本课题组研究情况

1.4本课题的研究内容及创新点

1.4.1本课题的研究内容

1.4.2本课题的创新点

第二章无线内窥镜胶囊的总体设计

2.1无线内窥镜胶囊的系统设计

2.2无线内窥镜胶囊结构布局确定

2.3无线内窥镜胶囊结构简介

2.4无线内窥镜胶囊图像的采集与保存

2.5光学系统的设计

2.5.1光路光学原理

2.5.2支架及照明系统设计

2.6磁控开关的选用与控制

2.7电池组模块的设计

2.8本章小结

第三章无线射频发射模块的改进设计

3.1无线射频发射模块的简介与存在的问题

3.1.1无线射频发射模块的简介

3.1.2无线射频发射模块存在的问题

3.2无线射频发射模块的改进设计

3.2.1降低发射功耗

3.2.2线路板微型化

3.3改进后的无线射频发射模块的实验结果

3.4本章小结

第四章基于OV6920的无线内窥镜胶囊的实验研究

4.1采集图像各类传感器的介绍

4.1 1图像传感器的种类及性能比较

4.1.2图像传感器的信号格式

4.1.3图像传感器的封装形式选用

4.1.4 OV7910、OV7930、OV6920的性能比较

4.2 OV6920图像传感器的电路与功能开发

4.2.1 OV6920图像传感器的性能及电路

4.2.2 OV6920图像传感器的PCB板功能开发

4.3 OV6920系统的实验研究

4.4采集发射系统的实验研究

4.5本章小结

第五章数字式内窥镜研究初步

5.1数字式传输和发射方案

5.2读写的主程序

5.3数转模传输方案

5.4本章小结

结论与展望

攻读硕士学位期间取得的科研成果

参考文献

致谢