一种视频胶囊内窥镜系统的制作方法

1.本发明涉及胶囊内窥镜技术领域，具体是一种视频胶囊内窥镜系统。


背景技术：

2.胶囊式内窥镜是医学发展的科技新产品，其日渐被广泛应用于医学上各种病症的临床诊断，采用无痛无创伤的监测诊断，口服后进入人体胃或肠道中，通过其镜头组件近距离拍摄其内部的胃或肠壁状况，以进行临床诊断，减轻患者的临床痛苦。
3.现有无线胶囊内窥镜系统的工作时间、图像帧率以及图像质量尚无法完全满足其在临床应用中的需求，造成这些问题的原因在于胶囊内窥镜内部空间有限，只能采用纽扣电池作为能量来源，使得胶囊内窥镜的能量有限，另外，由于现有的视频胶囊内窥镜抗干扰性能差，影响了其所摄影像或图像的清晰度，及其数据传输。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种视频胶囊内窥镜系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种视频胶囊内窥镜系统，包括视频记录仪、视频工作站、无线能量传输装置及视频胶囊内窥镜；其中，
7.所述视频胶囊内窥镜用于采集人体消化道内壁图像，并以无线通信方式传输到体外；
8.所述无线能量传输装置用于对视频胶囊内窥镜进行供能，包括体外发射装置及体内接收装置，所述体外发射装置包括频率变换电路，发射端谐振补偿电路以及能量发射线圈；体内接收装置包括接收参数调节电路，接收端谐振补偿电路以及能量接收线圈；
9.所述视频记录仪用于将视频数据直接上传至视频工作站实时显示，也可以将视频数据压缩后进行存储；
10.所述视频工作站用于对视频胶囊内窥镜采集的视频图像进行实时采集、存储、抓取图片以及实时播放，并对结构进行显示和分析，包括数据采集卡、上位机以及上位机处理模块。
11.作为本发明进一步的方案：所述视频胶囊内窥镜包括视频图像模块、控制模块、无线通信模块及电源模块；其中，
12.所述视频图像模块包括led灯、短焦距镜头、cmos图像传感器以及透明球头；
13.所述控制模块采用单线模拟视频输出的视频图像传感器，可以通过sccb串行接口访问其内部寄存器；
14.所述无线通信模块采用模拟的ntsc信号输出，其包括发射天线。
15.作为本发明再进一步的方案：所述透明球头采用高透射率的医用塑料制成。
16.作为本发明再进一步的方案：所述短焦距镜头景深3～30mm，视场角为110
°
。
17.作为本发明再进一步的方案：所述led灯设置有四颗，分别对称安装于cmos图像传感器的四周，且所述led灯为白光。
18.作为本发明再进一步的方案：所述体外发射装置包括发射线圈，所述体内接收装置包括接收线圈，所述体外发射装置与体内接收装置之间通过发射线圈及接收线圈连接。
19.作为本发明再进一步的方案：所述采集卡通过pci接口接入计算机，所述上位机处理模块用于进行初始化及上传图像。
20.作为本发明再进一步的方案：所述无线能量传输装置包括能量变换、谐振补偿及电磁感应耦合；其中，在能量发射端，能量变换用于为能量发射线圈提供与谐振频率相同的高频交变电流，在能量接收端，能量变换电路将高频能量变换为负载需要能量形式后将能量输送给负载；
21.所述谐振补偿用于对能量传输网络中的无功功率进行补偿，所述谐振补偿通过无功补偿网络消除能量发射端与接收端的高频逆变电路的阻抗虚部，在电路中通过电容和电感的串并联实现；
22.所述电磁感应耦合中能量的无线传输是通过能量发射线圈与接收线圈之间的感应耦合实现。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1、本发明通过人体与电磁场的相互作用研究，设计了抗干扰性强、能量利用率高、频带宽的模拟调频发射电路，根据视频胶囊内窥镜内部空间尺寸，设计了螺旋发射天线，并通过设计体外视频图像接收系统，在实现视频图像的接收、存储、与重复播放的同时，可通过实时显示功能对视频胶囊内窥镜的工作状态进行监测。
25.2、通过无线能量传输装置的设置，为视频胶囊内窥镜实现了持续的电能供应，能够对能量传输网络中的无功功率进行补偿，不仅能够大量的减少甚至消除系统无功功率，而且还起到了减少电源变压器电流或电压应力的作用。
附图说明
26.图1为一种视频胶囊内窥镜系统的结构示意图。
27.图2为一种视频胶囊内窥镜系统中视频胶囊内窥镜的结构示意图。
28.图3为一种视频胶囊内窥镜系统中无线能量传输装置的结构框图。
29.图4为一种视频胶囊内窥镜系统中体外发射装置的原理图。
30.图中：1、视频记录仪；2、视频工作站；3、无线能量传输装置；4、视频胶囊内窥镜；5、发射线圈。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参阅图1～4，本发明实施例中，一种视频胶囊内窥镜系统，包括视频记录仪1、视频工作站2、无线能量传输装置3及视频胶囊内窥镜4，视频胶囊内窥镜4用于采集人体消化
道内壁图像，并以无线通信方式传输到体外，无线能量传输装置3用于对视频胶囊内窥镜4进行供能，包括体外发射装置及体内接收装置，体外发射装置包括频率变换电路，发射端谐振补偿电路以及能量发射线圈；体内接收装置包括接收参数调节电路，接收端谐振补偿电路以及能量接收线圈，如图4所示，体外部分为能量发射装置，用于驱动发射线圈，激励出时变电磁场，作为能量传输过程的能量源，发射装置的电路拓扑选择串联谐振电路，整个外部电路是由谐振电容与线圈串联而成的lc谐振回路。为了提高效率，能量发射电路采用了全桥逆变电路，四个功率mosfets1、s2、s3、s4组成无线能量传输的全桥逆变电路，其中右半桥由s3、s4组成，左半桥由s1、s2组成。s2、s3和s1、s4在全桥驱动电路的控制下分时导通，从而使lc回路中产生交变电流，而交变电磁场就出现在线圈lt周围，视频记录仪1用于将视频数据直接上传至视频工作站2实时显示，也可以将视频数据压缩后进行存储，视频工作站2用于对视频胶囊内窥镜4采集的视频图像进行实时采集、存储、抓取图片以及实时播放，将这些视频数据进行检测后，在图像工作站2中对结构进行显示和分析，包括数据采集卡、上位机以及上位机处理模块。
33.视频胶囊内窥镜4包括视频图像模块、控制模块、无线通信模块及电源模块，视频图像模块包括led灯、短焦距镜头、cmos图像传感器以及透明球头，cmos传感器的转移电荷以像素为单位被转化为电压信号后输出，因此cmos传感器的单独像素可以任意读取，也可以任意读取单独的行、列数据，控制模块采用单线模拟视频输出的视频图像传感器ov6922可以通过sccb(serial camera control bus)串行接口访问其内部寄存器，其控制芯片是sccb主控部件，而sccb通讯协议的被控部件则包括图像传感器芯片，通过sccb控制总线，控制芯片可以对多个被控部件进行控制，通过在sccb通讯协议中优化悬挂控制(suspend-control)信号，控制芯片可以关闭sccb系统，无线通信模块采用模拟的ntsc信号输出，其包括发射天线，发射天线为螺旋天线结构。
34.透明球头采用高透射率的医用塑料制成，既保证了较高的透射率，不影响图像传感器成像，又保证了其较高的硬度，在人体胃肠道的压力之下不引起变形甚至破碎。
35.短焦距镜头景深3～30mm，视场角为110
°
，能够满足视频胶囊内窥镜4在人体胃肠道内的成像需求。
36.led灯设置有四颗，分别对称安装于cmos图像传感器的四周，且led灯为白光，为消化道提供均匀光源。
37.体外发射装置包括发射线圈，体内接收装置包括接收线圈，体外发射装置与体内接收装置之间通过发射线圈及接收线圈连接，
38.采集卡通过pci(peripheral component interconnect)接口接入计算机，上位机处理模块用于进行初始化及上传图像，便携式记录仪的接收电路将接收到的视频数据传递给视频工作站的数据采集卡pci(pedpherdcomponentinterconnect)，视频数据经数据采集卡采集后转化成标准视频格式avi(audiovideointerleaved)，然后在专业软件中实时放映。其目的在于医生能够方便对视频胶囊内窥镜在人体内的工作状态进行随时监测，对其工作情况作出评价，并在特殊情况下采取相应措施。这一过程就是第一种工作模式。便携式记录仪在第二种工作模式中，存储视频数据的是记录仪内部的sd卡，数字信号是由高速a/d转换器将模拟信号转换得到，该模拟信号则是由无线接收电路获得。在存入sd卡的视频数据为标准的mpegⅱ格式，是专用视频编码器al9v576将原始图像信号压缩编码得到的。整个
过程中通用微控制器控制了无线接收盒所有模块的工作。其中，ntsc制式或pal制式的音频视频数据能够通过al9v576芯片实时压缩成标准的mpeg-4/2/1格式。
39.体外发射装置包括频率变换电路，发射端谐振补偿电路以及能量发射线圈；体内接收装置包括接收参数调节电路，接收端谐振补偿电路以及能量接收线圈，与常规变压器发射与接收之间紧密的电磁耦合关系对比，无线能量传输装置的发射线圈与接收线圈间存在疏松耦合关系，可将其等效为一个松耦合变压器模型，利用变压器的能量传输原理以及等效电路对系统进行参数分析与计算。如图3所示，工频电源在经过整流滤波之后由高频逆变器进行频率变换得到线圈谐振所需的交变电流，输出至能量发射线圈，发射端漏电感谐振补偿电路与发射线圈串联或并联连接，发射线圈向周边福射高频交变磁通。能量接收线圈通过感应发射线圈所辐射的交变电磁场产生感生电动势，由谐振补偿电路进行漏感补偿，再经由稳压整流后得到负载所需的直流工作电源。此能量传输方式中，发射端与接收端之间不存在直接的电气连接，且接收线圈和发射线圈可以保持相对静止或相对运动，实现了能量的非接触式传输，根据实际应用的不同，能量发射端可以向一个或多个负载提供能量。无线能量传输装置3包括能量变换、谐振补偿及电磁感应耦合，在能量发射端，能量变换用于为能量发射线圈提供与谐振频率相同的高频交变电流，在能量接收端，能量变换电路将高频能量变换为负载需要能量形式后将能量输送给负载，因此，在无线能量传输装置中，能量变换电路可分为发射端能量变换电路和接收端能量变换电路，发射端能量变换电路由整流滤波电路、直流-直流(dc-dc)调压电路和高频逆变电路三个功能模块组成，接收端能量变换电路由整流滤波和限压或稳流电路两部分组成，谐振补偿用于对能量传输网络中的无功功率进行补偿，谐振补偿通过无功补偿网络消除能量发射端与接收端的高频逆变电路的阻抗虚部，在电路中通过电容和电感的串并联实现，无线传输是感应耦合能量传输系统的最大特点，但也由于该特性，使得线圈间的磁路耦合存在极高的漏磁现象，进而产生了大量的无功功率，极大的降低了系统能量传输的效率与等级。因此采用谐振补偿技术针对这一问题进行改进，该技术能够对能量传输网络中的无功功率进行补偿，不仅能够大量的减少甚至消除系统无功功率，而且还起到了减少电源变压器电流或电压应力的作用，电磁感应耦合中能量的无线传输是通过能量发射线圈与接收线圈之间的感应耦合实现，在该环节中，发射线圈在高频交流电流的激励下，在周围空间中形成向外辐射的高频交变磁场，位于磁场空间内的能量接收线圈通过电磁感应产生感应电动势，在线圈中形成与磁场频率相同的感应电流，以此实现了能量的无线传输。发射线圈与接收线圈之间存在较大漏磁，常常采用铁氧体等磁导材料提高线圈之间的耦合能力。感应耦合能量传输系统电磁感应耦合机构根据能量发射线圈的形式大致可分为点对点式和同轴变压器式。
40.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。