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《基于無(wú)線能量傳輸技術(shù)的視頻膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、申請(qǐng)上海交通大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文基于無(wú)線能量傳輸技術(shù)的視頻膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究國(guó)家自然科學(xué)基金及上海市科委資助項(xiàng)目學(xué)科：精密儀器及機(jī)械導(dǎo)師：顏國(guó)正教授博士生：朱柄全上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院中國(guó)·上海二零一五年一月ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaotongUniversityforthePh.D.DegreeSYSTEMANDEXPERIMENTRESEARCHONVIDEOCAPSULEENDOSCOPYBASEDONWIRELESSPOWERTRANSMISSIONTECHNIQUESupport
2、edbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina&theShanghaiScienceCommitteeFoundationSpecialty：PreciseInstruments&MechanicsSupervisor：Prof.YanGuozhengCandidate：ZhuBingquanSchoolofElectronicsInformationandElectricalEngineeringShanghaiJiaotongUniversityShanghai,P.R.ChinaJanuary,20
3、15上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文基于無(wú)線能量傳輸技術(shù)的視頻膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究摘要無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡（WCE）系統(tǒng)能讓臨床醫(yī)生直接觀測(cè)人體胃腸道內(nèi)壁圖像，得到病灶處最直觀的信息。與傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡檢測(cè)技術(shù)相比，其無(wú)痛無(wú)創(chuàng)、安全方便、全消化道檢測(cè)的特點(diǎn)使得該技術(shù)成為了國(guó)內(nèi)外醫(yī)療器械領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。作為胃腸道腔內(nèi)疾病無(wú)創(chuàng)檢測(cè)新技術(shù)，現(xiàn)有無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的工作時(shí)間、圖像幀率以及圖像質(zhì)量尚無(wú)法完全滿足其在臨床應(yīng)用中的需求，造成這些問(wèn)題的原因在于膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部空間有限，只能采用紐扣電池作為能量來(lái)源。隨著無(wú)線能量傳輸技術(shù)在植入式醫(yī)療設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，研究者們將這一能量供
4、給技術(shù)視為突破膠囊內(nèi)窺鏡能量瓶頸的可行途徑。本研究在國(guó)家和省部級(jí)多項(xiàng)科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，開展了基于無(wú)線能量傳輸技術(shù)的視頻膠囊內(nèi)窺鏡研究?；陔姶偶夹g(shù)，針對(duì)無(wú)線供能視頻膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的工作環(huán)境，本文展開了人體與電磁場(chǎng)的相互作用研究?；赩HP（VisibleHumanProject）數(shù)據(jù)集建立了高精度的人體電磁計(jì)算模型，從兩方面研究了人體與電磁場(chǎng)的相互作用問(wèn)題，即無(wú)線視頻傳輸?shù)碾姶挪ㄐ盘?hào)從消化道內(nèi)傳播到體外接收系統(tǒng)過(guò)程中的功率損耗問(wèn)題和無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)在膠囊活動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)對(duì)人體組織產(chǎn)生的生物效應(yīng)。建立并分析了IX摘要電磁信號(hào)在人體介質(zhì)中傳
5、播的功率損耗模型，對(duì)傳播過(guò)程中由天線增益和電磁波輻射、衰減以及反射所引起的功率損耗進(jìn)行了計(jì)算；分析對(duì)比了國(guó)際電磁安全性標(biāo)準(zhǔn)，得到了交變磁場(chǎng)環(huán)境下電流密度、SAR（SpecificAbsorptionRate）值在人體的分布，以及不同頻率下無(wú)線能量發(fā)射的安全電流最大限值。在對(duì)人體胃腸道生理特征進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，分析了視頻膠囊內(nèi)窺鏡設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題以及可能的解決方案，確立了系統(tǒng)方案與框架，對(duì)視頻膠囊內(nèi)窺鏡各功能模塊進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。選擇了新型CMOS圖像傳感器OV6922，設(shè)計(jì)了與之匹配的鏡頭與照明模塊；選擇PIC12F509作為微型控制處理器，完成了視
6、頻膠囊內(nèi)窺鏡控制電路與控制軟件的設(shè)計(jì)；結(jié)合OV6922輸出的NTSC（NationalTelevisionSystemCommittee）視頻制式，設(shè)計(jì)了抗干擾性強(qiáng)、能量利用率高、頻帶寬的模擬調(diào)頻發(fā)射電路；根據(jù)視頻膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部空間尺寸，設(shè)計(jì)了法相型螺旋發(fā)射天線，通過(guò)HFSS仿真軟件對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。最后，設(shè)計(jì)了體外視頻圖像接收系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)視頻圖像的接收、存儲(chǔ)、與重復(fù)播放的同時(shí)，可通過(guò)實(shí)時(shí)顯示功能對(duì)視頻膠囊內(nèi)窺鏡的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用感應(yīng)耦合模式實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的無(wú)線供能。研究分析了感應(yīng)耦合能量傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了視頻膠囊內(nèi)窺鏡無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)方案
7、以及相關(guān)控制策略，建立了松耦合變壓器模型與改進(jìn)型廣義空間模型。在系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不確定性進(jìn)行了分析與研究，提出了相應(yīng)的量X上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文化標(biāo)準(zhǔn)與方法；基于m綜合方法，提出了以感應(yīng)耦合能量傳輸系統(tǒng)為被控對(duì)象的系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性及魯棒性能的檢驗(yàn)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)無(wú)線供能視頻膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化以及功能驗(yàn)證。測(cè)試了視頻膠囊內(nèi)窺鏡照明模塊、無(wú)線通信模塊以及視頻采集模塊的工作性能，通過(guò)離體腸道實(shí)驗(yàn)，采集到了清晰的離體腸道圖像，并對(duì)視頻圖像進(jìn)行了存儲(chǔ)瀏覽，驗(yàn)證了視頻獲取部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性；在能量獲取部分的實(shí)驗(yàn)中，分別對(duì)能量發(fā)射裝置與
8、能量接收裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，獲得了系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)；并利用魯棒穩(wěn)定性分析方法，建立了穩(wěn)定的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)。本文研制
