專利名稱：醫(yī)用無線電膠囊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，是一種新型的消化道疾病診斷裝置。
我們所發(fā)明新型的醫(yī)用無線電膠囊，由于采用了無線電收發(fā)圖像數(shù)據(jù)，使內(nèi)窺鏡系統(tǒng)由有線系統(tǒng)變?yōu)闊o線系統(tǒng)。它可以有效地克服傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的弱點(diǎn)，如吞咽、感染等問題。更重要的是，無線電內(nèi)窺鏡系統(tǒng)可以檢查到5-7米長的小腸，而傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡是無法做到的。
本發(fā)明解決的主要問題是無線通信問題和系統(tǒng)供電問題。第一個問題的解決方式是將內(nèi)窺鏡的圖像采集和傳輸系統(tǒng)與圖像接收系統(tǒng)分離開，通過無線的方式進(jìn)行通信。為此，將內(nèi)窺鏡的圖像采集和傳輸系統(tǒng)小型化，以便能封裝在膠囊內(nèi)。此膠囊應(yīng)滿足以下幾個方面的要求(1)體積小，以保證患者能輕松吞咽和順利通過整個消化道；(2)重量輕，以免導(dǎo)致消化道穿孔；(3)射頻頻率不能過高，以減少射頻能量沉積和射頻對人體的損傷；(4)用于照明的光源應(yīng)是冷光源，以避免對消化道壁的損傷；(5)適用于腸胃內(nèi)的化學(xué)環(huán)境，即PH值在2至8之間。第二個問題的解決方式是設(shè)計微功耗系統(tǒng)，使得電池的使用壽命足以保證全消化道的探測。為此，我們采用微功耗IC以及ASIC電路。
此外，本發(fā)明還解決了以下幾個問題(1)圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩栽O(shè)計，以及圖像采集、編碼、調(diào)制和發(fā)射方法的設(shè)計；(2)提供一個高分辨的超過常規(guī)的內(nèi)窺鏡的空間分辨力，其分辨能力可以達(dá)到512×512，而且這種分辨力是可調(diào)可變的；(3)在成像的過程中，我們既可以采用白色的發(fā)光二極管(LED)進(jìn)行彩色圖像采集，又可以使用紅、綠、藍(lán)(RGB)色的LED進(jìn)行三色圖像采集，從而合成彩色圖像；(4)可以對消化道進(jìn)行紅外熱成像；(5)可通過體外無線電裝置遙控體內(nèi)圖像采集裝置的工作狀態(tài)和參數(shù)。
醫(yī)用無線電膠囊的前端有一個球冠狀透光的玻璃外罩，如圖2所示。其外殼采用耐酸、耐堿和無毒的材料制成。玻璃罩里面封裝有透鏡、發(fā)光二極管陣列及其驅(qū)動電路、角度為135度的小孔成像光闌。光闌安裝在放光二極管的驅(qū)動電路上面，四個發(fā)光二極管圍繞在光闌的四周，驅(qū)動電路后面是一個廣角透鏡。透鏡后面是CMOS圖像傳感器，其分辨力為256×256。
醫(yī)用無線電膠囊的后端是射頻收發(fā)器，原理圖如圖3所示。圖像數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制器調(diào)制以及放大器放大后，經(jīng)收發(fā)開關(guān)送至收發(fā)天線發(fā)射。收發(fā)天線是一個LC振蕩器。接收指令時，信號經(jīng)收發(fā)天線送至收發(fā)開關(guān)，再經(jīng)放大器放大和解調(diào)器解調(diào)后，送給微控制器。
圖4是圖像傳感器和微控制器的連接圖。圖像傳感器是一個CMOS單片攝像器，它能夠通過I2C總線，攝制成各種模式和參數(shù)，如單幀模式、隔行掃描、逐行掃描、曝光時間、空間分辨率、時間分辨率等，一是用于各類場合。微控制器是一個專用集成電路芯片，其主要功能是將圖像傳感器并行的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行輸出的數(shù)據(jù)，并實(shí)行特定的編碼方式，并送至射頻收發(fā)器。微控制器的另一個功能就是進(jìn)行電源管理和開關(guān)識別，電源的開關(guān)采用磁性開關(guān)。
本發(fā)明的另一部分是一個發(fā)光二極管的驅(qū)動電路，其電路原理圖，如圖5所示，發(fā)光二極管的閃爍頻率能高達(dá)325千赫茲。
射頻調(diào)制的方式的選擇主要考慮下面幾個方面1.首先要考慮射頻傳輸過程中，信號幅度對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘挠绊?。因?yàn)檫\(yùn)動的藥丸的位置時會改變接收器對接收到的信號幅度，因此采用幅度調(diào)制是一個不可采用的方法。
2.提高接收器對射頻信號的靈敏度，也是需要考慮的方面。合適的射頻調(diào)制方式可以提高接收器對射頻信號的靈敏度，同時也會降低射頻信號在人體中的沉積。
3.減少數(shù)據(jù)對元器件公差和系統(tǒng)參數(shù)漂移的敏感度?？紤]這方面的可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和精確性。
基于以上三方面的考慮，我們可以采用的頻率調(diào)制(FM)、開關(guān)鍵控(OOK)、頻率鍵控(FSK)、脈寬調(diào)制(PWM)、脈沖長度調(diào)制(PDM)等幾種調(diào)制方式。
圖6中我們給出了常見的數(shù)據(jù)編碼的方法，前5種方法需要接收器和發(fā)射器之間的良好的時鐘同步，而脈沖間歇編碼(PDW)方法可以采用異步時序解調(diào)電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收。因此，本發(fā)明采用脈沖間歇編碼(PDW)方法進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的編碼。這種方法的另一個優(yōu)點(diǎn)是降低射頻發(fā)射和接收的帶寬，以及在射頻接收時中便于解調(diào)。
權(quán)利要求
1.醫(yī)用無線電膠囊用于消化道疾病的檢查，其特征為含有一個外殼，一個單片CMOS成像器(圖像傳感器)，一個發(fā)光二極管(LED)陣列，一個ASIC芯片(包含一個無線電收發(fā)器，一個微控制器)，一個電源。CMOS成像器用于采集消化道內(nèi)壁的光學(xué)圖像，而LED陣列為該成像器的圖像采集提供照明。無線電收發(fā)器用于調(diào)制和發(fā)送成像器所采集的圖像數(shù)據(jù)以及接收和解調(diào)外部遙控信號。微控制器用于控制LED陣列的發(fā)光、成像器的圖像采集、收發(fā)器的數(shù)據(jù)傳送、外部遙控數(shù)據(jù)處理和指令執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的微控制器包括RISC處理器和藍(lán)牙(Bluetooth)核。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的無線電收發(fā)器包含接收器和發(fā)射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的LED陣列包括三個或更多個LED，LED可以是白色、紅色、綠色、藍(lán)色、紅外光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的電源為電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的發(fā)射器進(jìn)一步包含F(xiàn)M/FSK/OOK/PWM/PDM調(diào)制和發(fā)射。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的接收器進(jìn)一步包含F(xiàn)M/FSK/OOK/PWM/PDM接收和解調(diào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的CMOS成像器進(jìn)一步包含紅外圖像的采集。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用無線電膠囊，其進(jìn)一步特征為所說的微控制器進(jìn)一步包含脈沖間歇碼的數(shù)據(jù)編碼格式。
全文摘要
本發(fā)明屬電子學(xué)或生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，是無線電內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的重要組成部分。在傳統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，圖像采集器的供電以及圖像采集器與系統(tǒng)之間的通信是通過電纜來實(shí)現(xiàn)的。電纜的使用不僅使內(nèi)窺鏡的檢查范圍受到限制，也給患者帶來痛苦。本發(fā)明所設(shè)計的醫(yī)用無線電膠囊用于無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，使內(nèi)窺鏡系統(tǒng)徹底擺脫了這種電纜連接的方式。本發(fā)明主要解決兩大問題一是由有線通信轉(zhuǎn)為無線通信所帶來的問題，即要將內(nèi)窺鏡的圖像采集和傳輸部分與內(nèi)窺鏡系統(tǒng)分離開，并封裝在膠囊內(nèi)。圖像采集器采集到的圖像數(shù)據(jù)通過無線電通信的方式傳出體外，位于體外的接收系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后，送至圖像工作站進(jìn)行處理；二是解決系統(tǒng)由于使用電池供電而帶來的功耗上的制約。為此，我們采用微功耗器件以及設(shè)計專用集成電路(ASIC)來降低系統(tǒng)的功耗，使膠囊的工作時間足以滿足全消化道檢查的需要。此外，該系統(tǒng)還具有通過體外無線電裝置遙控體內(nèi)圖像采集裝置的工作狀態(tài)和參數(shù)的特點(diǎn)。
文檔編號A61B5/00GK1473545SQ02125929
公開日2004年2月11日 申請日期2002年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月5日
發(fā)明者王衛(wèi)東, 楊云生, 陳廣飛 申請人:王衛(wèi)東, 楊云生, 陳廣飛