eng
Выпуск #9/2018
Баскин Владимир Анатольевич, Соколов Игорь Алексеевич, Асташкин Андрей Валентинович
Разработка автономной эндокапсулы для скрининг- диагностики желудочно-кишечного тракта
Разработка автономной эндокапсулы для скрининг- диагностики желудочно-кишечного тракта
Просмотры: 1670
Капсульная эндоскопия — это новый метод, способный заменить традиционную эндоскопию, не требующий применения анестезии. Его преимущества в беспроводной связи и меньшем размере. Все элементы монтируются внутри небольшой капсулы с автономным источником питания. В докладе приведены результаты разработки микроконтроллера и эндокапсулы в целом, оптической системы на базе КМОП-матрицы, батареи специфической конструкции, стенда контроля. Изготовлены опытные образцы эндокапсулы. Проведены испытания. Получены изображения в имитаторе ЖКТ формата 640 × 480 pix при непрерывной работе в течение 14 часов.
УДК 681.784.8; 616.33/34
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.150.151
УДК 681.784.8; 616.33/34
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.150.151
Теги: autonomic endocapsule cmos-matrix gastrointestinal tract rf-channel+flash rf-канал+flash автономная эндоскопическая капсула желудочно-кишечный тракт (жкт) кмоп-видеоматрица
ВВЕДЕНИЕ
Капсульная эндоскопия является инновационным методом диагностики заболеваний ЖКТ. Впервые процедуру начали использовать с применением капсулы фирмы Given Imaging, Израиль, и в настоящее время рынок услуги растет быстрыми темпами [1–2]. В рамках разработки выполнено следующее:
разработан микроконтроллер и эндокапсула в целом;
выбран сенсор и разработана оптическая система эндокапсулы;
разработана батарея специфической конструкции для эндокапсулы;
разработан и изготовлен стенд контроля макета эндокапсулы;
изготовлен макет ЭК и проведены его испытания.
НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ИЗДЕЛИЯ
Автономная эндоскопическая капсула (ЭК) предназначена для решения задач неинвазивного исследования и последующей диагностики отдела тонкого кишечника пищеварительного тракта человека путем получения и фиксации фотоизображений внутренних поверхностей желудочно-кишечного тракта. Эндокапсула разрабатывается для создания фото- и (или) видеозаписи (ФВЗ) внутренних поверхностей желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) для ее последующего анализа в целях постановки диагноза пациенту.
Предусматривается 3 варианта исполнения эндокапсулы: A — автономный: только локальное (ППЗУ) хранение данных, нет радиоканала, капсула возвращаемая; В — контролируемое (в стационаре) применение: нет ППЗУ, только радиоканал; С — совмещенный: гибкое управление хранением данных (ППЗУ + радиоканал), капсула возвращаемая.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭНДОКАПСУЛЫ
Полученные технические характеристики ЭК позволяют говорить о конкурентных преимуществах относительно имеющихся на рынке по таким параметрам, как:
размер и качество получаемых изображений;
управление работой капсулы (предустановка и, возможно, управление качеством съемки в процессе работы);
энергетика работы капсулы.
СТРУКТУРА ЭНДОКАПСУЛЫ
Оптимальная структура ЭК определена с учетом минимальной (обязательной) функциональности, дефицита энергетического бюджета, конструктивных ограничений. Минимальная функциональность ЭК обеспечивается циклическим исполнением набора основных этапов обработки, передачи и сохранения данных. Один цикл работы ЭК соответствует формированию одного кадра видеоданных. Для снижения пиковых нагрузок на источник питания основные этапы цикла распределены по возможности последовательно во времени. На рис. 1 изображена схема цикла работы эндокапсулы.
Ввиду существенно разной требуемой функциональности исполнение основных элементов цикла производится различными аппаратными блоками, количество которых по возможности минимизировано.
Объективный анализ существующей и доступной элементной базы привел к следующему составу аппаратных, функционально законченных аппаратных блоков:
фоточувствительная КМОП-матрица со схемами автоматического регулирования параметров и предварительной обработки видеоданных;
скоростная буферная память для промежуточного хранения кадра изображения;
вычислитель или аппаратура для компрессии изображения;
микроконтроллер с программой управления отдельными блоками и всей системы в целом;
энергонезависимый накопитель (память) большой емкости для долговременного хранения множества компрессированных кадров изображения;
радиопередатчик для передачи в реальном времени компрессированных кадров изображения и радиоприемник для приема внешних команд управления;
батарея питания.
Для совместной работы перечисленные блоки обладают совместимыми интерфейсами и работают в условиях низкого энергетического бюджета.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящий момент разработана автономная эндокапсула с локальным (ППЗУ) хранением данных, работы по радиоканалу эндокапсулы еще ведутся и находятся в высокой степени проработки. Результаты разработки оформлены полученными патентами [3–5]. Проведены технические испытания опытных образцов с использованием имитатора ЖКТ. Проводится подготовка к госрегистрации эндокапсулы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Moglia A., Meniciassi A., Dario P. Wireless Capsule Endoscopy: from Diagnostic Devices to Multipurpose Robotic Systems, Biomed Microdevices 9:235–243, 2007.doi:10.1007/s10544-006-9025-3.
2. Баскин В. А., Литновский В. Я., Фокин И. А. Современный уровень капсульной эндоскопии. — Наукоемкие технологии. Издательство «Радиотехника» (Москва) ISSN: 1999–8465. — 2013. — № 9. — C. 112–116.
3. Баскин В. А., Соколов И. А., Асташкин А. В. Заявка ЕАПО на изобретение «Способ управления режимами работы эндоскопической капсулы» № 2017000010 от 21.02.2017 г.
4. Баскин В. А., Соколов И. А., Асташкин А. В. Патент на полезную модель «Гальванический элемент для эндоскопической капсулы». № 168129.
5. Баскин В. А., Соколов И. А., Асташкин А. В. Патент на промышленный образец «Батарейка». № 98737.
Капсульная эндоскопия является инновационным методом диагностики заболеваний ЖКТ. Впервые процедуру начали использовать с применением капсулы фирмы Given Imaging, Израиль, и в настоящее время рынок услуги растет быстрыми темпами [1–2]. В рамках разработки выполнено следующее:
разработан микроконтроллер и эндокапсула в целом;
выбран сенсор и разработана оптическая система эндокапсулы;
разработана батарея специфической конструкции для эндокапсулы;
разработан и изготовлен стенд контроля макета эндокапсулы;
изготовлен макет ЭК и проведены его испытания.
НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ИЗДЕЛИЯ
Автономная эндоскопическая капсула (ЭК) предназначена для решения задач неинвазивного исследования и последующей диагностики отдела тонкого кишечника пищеварительного тракта человека путем получения и фиксации фотоизображений внутренних поверхностей желудочно-кишечного тракта. Эндокапсула разрабатывается для создания фото- и (или) видеозаписи (ФВЗ) внутренних поверхностей желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) для ее последующего анализа в целях постановки диагноза пациенту.
Предусматривается 3 варианта исполнения эндокапсулы: A — автономный: только локальное (ППЗУ) хранение данных, нет радиоканала, капсула возвращаемая; В — контролируемое (в стационаре) применение: нет ППЗУ, только радиоканал; С — совмещенный: гибкое управление хранением данных (ППЗУ + радиоканал), капсула возвращаемая.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭНДОКАПСУЛЫ
Полученные технические характеристики ЭК позволяют говорить о конкурентных преимуществах относительно имеющихся на рынке по таким параметрам, как:
размер и качество получаемых изображений;
управление работой капсулы (предустановка и, возможно, управление качеством съемки в процессе работы);
энергетика работы капсулы.
СТРУКТУРА ЭНДОКАПСУЛЫ
Оптимальная структура ЭК определена с учетом минимальной (обязательной) функциональности, дефицита энергетического бюджета, конструктивных ограничений. Минимальная функциональность ЭК обеспечивается циклическим исполнением набора основных этапов обработки, передачи и сохранения данных. Один цикл работы ЭК соответствует формированию одного кадра видеоданных. Для снижения пиковых нагрузок на источник питания основные этапы цикла распределены по возможности последовательно во времени. На рис. 1 изображена схема цикла работы эндокапсулы.
Ввиду существенно разной требуемой функциональности исполнение основных элементов цикла производится различными аппаратными блоками, количество которых по возможности минимизировано.
Объективный анализ существующей и доступной элементной базы привел к следующему составу аппаратных, функционально законченных аппаратных блоков:
фоточувствительная КМОП-матрица со схемами автоматического регулирования параметров и предварительной обработки видеоданных;
скоростная буферная память для промежуточного хранения кадра изображения;
вычислитель или аппаратура для компрессии изображения;
микроконтроллер с программой управления отдельными блоками и всей системы в целом;
энергонезависимый накопитель (память) большой емкости для долговременного хранения множества компрессированных кадров изображения;
радиопередатчик для передачи в реальном времени компрессированных кадров изображения и радиоприемник для приема внешних команд управления;
батарея питания.
Для совместной работы перечисленные блоки обладают совместимыми интерфейсами и работают в условиях низкого энергетического бюджета.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящий момент разработана автономная эндокапсула с локальным (ППЗУ) хранением данных, работы по радиоканалу эндокапсулы еще ведутся и находятся в высокой степени проработки. Результаты разработки оформлены полученными патентами [3–5]. Проведены технические испытания опытных образцов с использованием имитатора ЖКТ. Проводится подготовка к госрегистрации эндокапсулы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Moglia A., Meniciassi A., Dario P. Wireless Capsule Endoscopy: from Diagnostic Devices to Multipurpose Robotic Systems, Biomed Microdevices 9:235–243, 2007.doi:10.1007/s10544-006-9025-3.
2. Баскин В. А., Литновский В. Я., Фокин И. А. Современный уровень капсульной эндоскопии. — Наукоемкие технологии. Издательство «Радиотехника» (Москва) ISSN: 1999–8465. — 2013. — № 9. — C. 112–116.
3. Баскин В. А., Соколов И. А., Асташкин А. В. Заявка ЕАПО на изобретение «Способ управления режимами работы эндоскопической капсулы» № 2017000010 от 21.02.2017 г.
4. Баскин В. А., Соколов И. А., Асташкин А. В. Патент на полезную модель «Гальванический элемент для эндоскопической капсулы». № 168129.
5. Баскин В. А., Соколов И. А., Асташкин А. В. Патент на промышленный образец «Батарейка». № 98737.
Отзывы читателей
