發(fā)布時(shí)間：2020-09-01 12:32

　　 近年來,胃腸道疾病的發(fā)病率和死亡率逐年增加,嚴(yán)重危害人們的生命健康安全,而早期胃腸道癌變的診斷和治療能大大降低死亡率,因此早期發(fā)現(xiàn)癌變,并采取相應(yīng)的治療措施至關(guān)重要。胃腸道疾病檢測的常用手段是內(nèi)窺鏡,但它屬于有創(chuàng)檢測,會(huì)對病人的身心造成較大傷害,膠囊內(nèi)窺鏡克服了傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的缺陷,但是難以發(fā)現(xiàn)微小病變,會(huì)出現(xiàn)漏診或誤診。為了提高組織病變的檢測成功率,一些新型檢測技術(shù)被研制出來,自體熒光成像技術(shù)由于能有效診斷出其它方法診斷不出的早期癌變,因而成為研究熱點(diǎn)�，F(xiàn)有的自體熒光檢測系統(tǒng)大多是短腔道檢測系統(tǒng),用于檢測短腔道病變,如口腔、宮頸等,胃腸道自體熒光檢測系統(tǒng)由于是長腔道檢測系統(tǒng),對信號傳輸質(zhì)量以及進(jìn)入人體胃腸道的檢測設(shè)備的尺寸要求較高,因而研制難度大、技術(shù)難點(diǎn)多;現(xiàn)有的自體熒光檢測系統(tǒng)存在體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷,從而制約了自體熒光檢測技術(shù)的發(fā)展和推廣;此外,圖像質(zhì)量直接影響著診斷結(jié)果,而在獲取自體熒光圖像時(shí),圖像的插值恢復(fù)直接影響了圖像質(zhì)量,而現(xiàn)有的大多插值算法難以兼顧圖像恢復(fù)效率和恢復(fù)效果,導(dǎo)致算法過于復(fù)雜而實(shí)現(xiàn)困難或者圖像失真。為了解決這些問題,本文針對胃腸道癌前病變檢測,開展了自體熒光檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究,實(shí)現(xiàn)了軟硬件優(yōu)化,有效縮小了系統(tǒng)尺寸、簡化了硬件結(jié)構(gòu)、改進(jìn)了插值算法。系統(tǒng)選用新型醫(yī)學(xué)專用CMOS圖像傳感器采集圖像數(shù)據(jù),采用大功率專用紫外LED作激發(fā)光源,使用FPGA進(jìn)行圖像傳感器配置和圖像增強(qiáng),相比其它系統(tǒng)可以減少硬件搭建,有效簡化結(jié)構(gòu);系統(tǒng)僅將圖像傳感器和光源置于檢測前端,其余部件全部被置于后端,可以有效縮小進(jìn)入人體胃腸道的檢測設(shè)備的尺寸;Bayer格式圖像的插值算法的改進(jìn)基于雙線性插值算法和邊緣導(dǎo)向插值算法,運(yùn)用梯度法和色差定律,對R、G、B三通道均使用了邊緣導(dǎo)向插值恢復(fù)。本文針對現(xiàn)有胃腸道癌前病變自體熒光檢測系統(tǒng)存在的問題,在檢測前端的尺寸、圖像質(zhì)量增強(qiáng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和插值算法上進(jìn)行了軟硬件優(yōu)化設(shè)計(jì),系統(tǒng)的檢測前端尺寸最小可達(dá)到6mm,系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)得到簡化、體積縮小,運(yùn)用改進(jìn)的插值算法恢復(fù)得到的圖像顯示效果較好,圖像的R、G、B三通道的PSNR值可以達(dá)到38。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R735;TP391.41
【部分圖文】：

Lower endoscopy Upper endoscopy圖 1-1 傳統(tǒng)內(nèi)鏡檢查Fig.1-1 Traditional Endoscopy 1-2 所示，膠囊內(nèi)鏡中集成了圖像傳感器、光學(xué)源線和數(shù)據(jù)線，檢測過程無痛無創(chuàng)，且不需要人盲區(qū)，檢查區(qū)域包括整個(gè)消化道，其缺點(diǎn)是膠囊，不能主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因此檢查時(shí)間很長。

圖 1-3 自體熒光技術(shù)原理Fig.1-3 Principle of auto fluorescence technique和癌變組織的自體熒光輻射信號的光譜差異[23]如圖 1-4然正常組織和病變組織都在 500nm 的波長處達(dá)到峰值光強(qiáng)度明顯強(qiáng)于病變組織，因此可以根據(jù)組織的自體熒變組織[24]，且不需要使用外源性熒光物質(zhì)。使用自體檢測病變雖然比較客觀，但是光譜信號較難采集，且光以實(shí)現(xiàn)。電子躍遷粘膜組織熒光圖像激發(fā)光激光器生物分子發(fā)射光換能器成像光譜光譜曲線

出的是 Bayer 模式圖像數(shù)據(jù)，其光學(xué)尺寸僅為 1/10.6”，封裝尺寸僅為 1.81mm×1.81mm，相比于 CCD 傳感器，尺寸大大減小，成像系統(tǒng)更易搭建，結(jié)構(gòu)更為簡單。OV6930 的內(nèi)部功能框圖如圖 3-1 所示，OV6930 內(nèi)部包含定時(shí)計(jì)數(shù)器和控制邏輯、圖像陣列的行列選擇、放大器、增益控制、PLL 等功能模塊，此外還包括 SCCB 接口，用于 OV6930 內(nèi)部寄存器的配置，圖中的 XVCLK、SIOC、SIOD為芯片的部分引腳,分別表示輸入時(shí)鐘，SCCB 配置時(shí)鐘引腳，SCCB 配置數(shù)據(jù)引腳。圖 3-1 OV6930 內(nèi)部功能框圖Fig 3-1 Internal block diagram of OV6930圖 3-2 為系統(tǒng)的 OV6930 傳感器外觀示意圖，微小尺寸設(shè)計(jì)便于醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡

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本文編號：2809737