本文提出了一种全新的数字化的双向微型无线内窥镜体系， 该体系具有可实时调查患者消化道图画、全消化道查看、供应三维深度图画数据等功用。
对消化道疾病的查看， 现在最常用和最直接有用的办法便是内窥镜查看， 它在消化道疾病的确诊中起着极为重要的效果。但现有的常用内窥镜体系都不得不带有引导插管， 给体系操作带来不方便， 一同给查看患者也带来很大的苦楚， 并且查看的部位受到限制， 无法完结对小肠部分的查看。跟着微电子技能的开展， 以色列人开发出了无线内窥镜体系[1]，其开展还在起步阶段， 存在一些局限性， 比方图画分辨率不够高、仅是一个单向数据通讯体系、医师无法现场实时调查患者消化道图画、不能操控体内胶囊的作业状况、胶囊内电池供电时刻有限（6~8 小时）、无法完结大肠部分的查看、只能完结二维图画的收集等。别的，韩国人Park 和Nam[2]也提出了一个依据模仿电路的无线内窥镜体系，其首要奉献在于在无线内窥体系中引入了双向通讯的概念。
1 体系特色
表1 是上面介绍的三个体系首要性能指标比较。如表1 所示，本体系与其它两种无线消化内窥镜体系比较具有如下特色：(1) 选用带数字图画输出的低功耗CMOS图画传感器，图画尺度最大可达VGA 巨细，比以色列人研发的小肠胶囊内窥镜图画大约四倍；(2)能实时调查患者消化道图画，图画帧率为2 帧/秒；(3)运用各种动力的办理与操控完结全消化道查看；(4)供应三维深度内窥图画数据；(5)选用双向数据通讯；(6)内窥图画的紧缩率以及图画尺度可控；(7)体内无线收发的数字式内窥镜胶囊摄像设备内电路的作业状况能受外部操控，以延伸体内电池的寿数；(8)该数字式无线内窥镜体系供应三种可供挑选的体系作业办法[3]：在线作业形式、离线作业形式以及在线与离线结合形式。数字化的微型无线内窥镜体系示意图如图1 所示。
表1 三种无线内窥镜体系性能比较
注：“－”表明未公开
2 体系硬件结构
如图2 所示， 整个体系的硬件结构由三部分组成：(1)体内胶囊部分：包含具有无线收发的数字式内窥镜胶囊摄像设备内的一切电路；(2)体外便携式部分：包含便携式无线接纳与数据传输设备内的一切电路；(3)体外作业站部分即核算机操控与处理设备：包含核算机与体外无线收发器和数据存储电路板。下面别离针对这三部分的电路结构进行剖析。
2 .1 体内部分硬件电路
胶囊内硬件电路是整个无线内窥镜体系中最中心的部分，其功用是完结对内窥镜五颜六色图画的收集，并以无线办法把图画传出至体外，一同能接纳来自体外的操控指令，并依据操控指令调整胶囊内硬件的作业状况与作业参数。其要害技能是：收集反映消化道病变状况的高清晰度二维和三维内窥图画、对收集图画进行高效地无线传输、对电路进行低功耗规划以及体系能量办理等技能。胶囊内电路首要包含以下三部分。
2 .1 .1 图画收集、处理与操控部分
这部分包含带数字图画输出的CMOS 图画传感器、图画紧缩模块、MEMS 微电机、发白光与具有两种不同红外波长的LED（ 收集三维深度图画数据）等。
该部分电路不只决议了内窥镜图画的质量，并且其低功耗规划也很要害。所以取得契合医学临床要求的高质量内窥镜图画与低功耗规划是体内部分电路规划有必要完结的。依据此，计划中硬件部分选用如下规划：
(1)图画收集前端选用低功耗的带数字五颜六色图画输出的CMOS 图画传感器， 且该图画传感器不带任何图画后处理功用，而是把这些处理放在体外的核算机中，大大下降了功耗；
(2)为了供应精确反映病变状况的图画，体系选用光谱法构成三维深度图画， 即运用两种不同波长的LED和白光LED 作为照明光源取得三维深度内窥图画；
(3)CMOS 图画传感器的数字图画输出格局不选用RGB，而直接选用原始的五颜六色Bayer 格局，这样在无损图画紧缩模块中能得到更好的紧缩比[5 ～6]，以下降通讯带宽和无线收发器的总发射能量。选用这种办法即便不进行紧缩，按最大2 帧/ 秒的速率核算，通讯的最大原始信号数据码率为640×480×8×2=4 915 200 比特/ 秒，码率只要选用RGB 格局的1/3；
(4)体系选用如图3(b)所示的数字图画处理流程。胶囊内只要紧缩和无线调制两个模块，比选用图3(a)所示的一般数字图画处理流程少了三个模块，减小了胶囊内电路的面积和功耗;
图3 CMOS图画传感器/输出数字图画的处理流程图
(5) 依据患者状况的不同能够操控CMOS 图画传感器在不一同期输出不同尺度的图画、调整紧缩比以及帧率，以下降功耗和通讯带宽。
2 .1 .2 无线传输部分
该部分包含信道编码、无线收发器、射频功放和天线等。作为一个通讯体系，它有三个首要的特色：(1)特短间隔通讯，由于体内胶囊与体外接纳器仅隔一层人体安排（ 包含肌肉、脂肪与皮肤），通讯间隔最远为几十个厘米；(2)通讯信道的衰减非常大，由于人体安排对无线电波（ 特别是UHF 以上波段的电磁波）有很大的吸收与反射效果[5]；(3)通讯首要是从体内到体外的很多的图画数据传输，体外到体内则是依据临床需求发送几个字节的操控指令。从体积、功耗、天线、电路完结复杂度以及体系通讯特色等几方面归纳考虑，体系选用半双工的通讯办法，收发共用一根天线。作为一个通讯体系，首要需确认的两个重要参数是通讯频率和调制办法。选用ISM频段中的2.4GHz 作为通讯频率。在无线调制办法上，体系从体内到体外发送选用FSK 调制办法，而体内接纳体外的操控指令则选用OOK 办法。
本计划中提出了一种无频率归纳器的无线收发器的电路结构，如图4 所示。这在电路规划的高层次阶段确保了整个电路的低功耗。
天线部分则首要处理天线的微型化与功率之间的对立，由于天线有必要能放在无线内窥胶囊（其尺度为11mm×27mm）之内，且还需留给其它部分满足的空间。体系天线的规划有必要选用微天线的规划办法来添加天线的有用长度。
2 .1 .3 能量供应部分
该部分包含电池和动力办理电路[6], 它是整个体内部分硬件电路最要害的部分之一，由于体内部分的动力供应是确保完结全消化道查看的必要条件。为延伸电池寿数，体系首要采纳以下三个办法：
(1)针对电路的高层次与低层次的低功耗规划；
(2)结合电池自身物理特性的体系动态能量办理战略，该办法大大延伸了电池寿数；
(3)“ 依据通讯”的能量办理战略，它是一种依据体系级通讯结构调整各体系模块作业的能量办理战略，在延伸电池运用寿数方面大大优于惯例的能量办理战略。
2 .2 体外便携式无线接纳与数据传输设备
体外的便携式无线接纳和数据传输设备的功用首要是把天线接纳阵列接纳的内窥图画数据分红两路，一路送给胶囊定位模块取得胶囊的定位信息，另一路送入相连接的无线接纳器，然后把定位信息和图画一同存入便携式存储体上或转发给核算机操控与处理设备。首要触及的要害技能为：(1)依据无线电定位技能，经过天线接纳阵列接纳信号的视点与强度来定位胶囊在人体内的方位；(2)高效天线阵列的规划技能；(3)低功耗电路规划技能；(4)具有高灵敏度的低功耗高速FSK 解调的无线接纳机的AS%&&&&&% 规划技能等。
2 .3 核算机操控与处理设备
核算机操控与处理设备首要包含无线发送卡、核算机、高清晰度监视器以及相关的处理软件。其要害技能首要包含：(1)高速无线收发器（OOK 调制、FSK 解调）的规划；(2)依据原始Bayer 五颜六色图画数据的图画处理技能；(3)三维深度图画的重建技能等。
本文提出的无线内窥镜体系计划是在归纳了以色列小肠胶囊内窥镜的特色以及韩国在该范畴研究成果的基础上，提出的一个全新的数字化微型无线内窥镜体系计划。该计划不只提高了获取图画的质量，还供应实时调查患者消化道图画、全消化道查看、二维与三维的内窥图画数据收集等功用， 别的依据对患者病况的不同， 体系可供应三种不同的体系作业形式（ 即确诊办法）。现在本体系中的数字电路模块部分都现已经过FPGA 的验证。
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