基于WiFi技術(shù)的便攜式耳鼻喉內(nèi)視鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

周建萍， 劉洪英,2， 皮喜田,3， 羅恩斯， 尹 曼， 蔡金芷

(1.重慶大學(xué) 生物工程學(xué)院，重慶 400030；2.重慶市醫(yī)療器械電子工程技術(shù)研究中心，重慶 400030；3.新型微納米器件與系統(tǒng)技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030)

0 引 言

常規(guī)的耳鼻喉診斷設(shè)備體積較大，不方便攜帶，價(jià)格比較昂貴，在我國基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)和普通家庭中不具有普及性，無法應(yīng)用到耳鼻喉的日常檢查中，往往延誤了最佳的治療時(shí)間。在遠(yuǎn)程醫(yī)療和無線傳輸技術(shù)快速發(fā)展的形勢下，將無線技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備中也是一大熱點(diǎn)[1，2]。因此，本文研究了適用于基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)和普通家庭的耳鼻喉內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，利用圖像采集技術(shù)和WiFi技術(shù)，以微處理器為核心，進(jìn)行上位機(jī)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對患者的健康狀況進(jìn)行診斷和跟蹤研究。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要包括儀器端和醫(yī)生管理端兩大模塊，系統(tǒng)框圖如圖1所示。儀器端對耳鼻喉圖像進(jìn)行采集、存儲，圖像通過WiFi傳輸?shù)结t(yī)生管理端并實(shí)時(shí)顯示，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對患者信息和采集圖像進(jìn)行管理、處理，實(shí)現(xiàn)電子化病歷，以便對患者的健康情況進(jìn)行診斷和跟蹤研究。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，儀器端主要包括攝像頭模塊、視頻解碼模塊、主控模塊、液晶顯示模塊、WiFi模塊、電源模塊、按鍵模塊。攝像頭模塊采用CMOS圖像傳感器，采用貼片LED作為照明光源，其前端采用醫(yī)用不銹鋼進(jìn)行封裝，有利于散熱。視頻解碼模塊采用TVP5150芯片，與攝像頭模塊相連，實(shí)現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號的之間的轉(zhuǎn)換[3]。主控模塊為采用S3C6410X—66H芯片，主要用于引導(dǎo)系統(tǒng)啟動、加載內(nèi)核、文件系統(tǒng)工作、對圖像進(jìn)行處理和存儲等[4]。液晶顯示模塊LQ035NC111，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前采集的圖像、時(shí)間等相關(guān)信息。WiFi模塊的主控芯片為RT5350，支持HTPP協(xié)議[5]，實(shí)現(xiàn)儀器端與醫(yī)生管理端之間的圖像傳輸。按鍵模塊包括電源鍵、待機(jī)鍵、菜單鍵、上、下鍵、無線開關(guān)鍵。電源模塊采用可充電鋰電池供電，可通過電源適配器對鋰電池充電。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

醫(yī)生管理端基于WinForm，采用Visual Studio2015作為開發(fā)平臺，利于C#語言進(jìn)行程序開發(fā)，采用sql server2012作為數(shù)據(jù)庫，并采用ADO.NET技術(shù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接。在醫(yī)生管理端，醫(yī)生通過視頻預(yù)覽、圖像處理、診斷管理等功能更加客觀地給出診斷意見，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對患者信息和耳鼻喉圖像進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)電子化病例[6]，同時(shí)有利于開展遠(yuǎn)程會診和教學(xué)。醫(yī)生管理端軟件框架如圖3所示。

圖3 管理端軟件框架

3.1 圖像的實(shí)時(shí)顯示

由于WiFi模塊支持HTTP協(xié)議，有特定的端口號，圖像以視頻流(格式為MJPG)進(jìn)行傳輸，因此，可以利用Aforge類庫實(shí)現(xiàn)圖像的接收和實(shí)時(shí)顯示。Aforge是一種.NET開發(fā)的開源圖像、視頻處理庫[7]。在利用C#進(jìn)行界面設(shè)計(jì)時(shí)，需要引用AForge.Controls.dll，AForge.dll，AForge.Imaging.dl，AForge.Video.DirectShow.dll，AForge.Video.dll，然后利用AForge.NET實(shí)時(shí)獲取儀器端通過WiFi發(fā)送過來的MJPG視頻流，最后利用videoSourcePlayer實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)顯示。首先定義一個MJPEGStream類對象，對WiFi模塊的協(xié)議和端口號進(jìn)行定義來獲取MJPG視頻流，然后將MJPG視頻流賦給videoSourcePlayer.VideoSource，通過videoSourcePlayer來控制視頻的開啟和關(guān)閉，即

videoSourcePlayer.Start();∥開啟視頻

videoSourcePlayer.Stop();∥關(guān)閉視頻

3.2 圖像保存功能

由于醫(yī)生需要對患者耳鼻喉病癥重要的圖像存檔，以便后續(xù)的診斷和研究，因此，醫(yī)生管理端應(yīng)該具有圖像保存的功能。

首先定義圖片的保存位置和名稱，之后對當(dāng)前重要的圖像保存到指定路徑,利用Bitmap類定義空圖片，然后通過videoSourcePlayer.GetCurrentVideoFrame()獲取圖片，核心代碼如下：

string fileImageName=System.DateTime.Now.ToString(“yyyy年MM月dd HH時(shí)mm分ss秒”)+“-”+number+“bmp”;∥圖片的名稱

string fileCapturePath=g_s_AutoSavePath+“”;∥圖片保存的位置

bmp=videoSourcePlayer.GetCurrentVideoFrame();∥獲取圖片

bmp.Save(fileCapturePath+fileImageName,System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Bmp);∥圖片保存到指定位置

3.3 耳鼻喉圖像處理

由于圖像在傳輸過程中會受到相關(guān)噪聲的干擾，為了醫(yī)生更加客觀地作出診斷，在醫(yī)生管理端增加了圖像處理功能，利用圖增強(qiáng)技術(shù)，突出圖像的病變區(qū)域。為了還原耳鼻喉的真實(shí)情況，選擇對彩色圖像進(jìn)行直方圖均衡化。直方圖均衡化的基本思想是：對在圖像中像素個數(shù)多的灰度級進(jìn)行展寬，而對像素個數(shù)少的灰度級進(jìn)行縮減，達(dá)到清晰圖像的目的[8]。先將原始圖像的RGB空間轉(zhuǎn)換為HSV之后，對V分量進(jìn)行直方圖均衡處理避免保存圖像色彩失真[9]。

本文采用MATLAB與C#混合編程實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化，首先利用MATLAB自帶的deploytool工具將直方圖均衡化的算法的.m文件編譯成COM組件，并在C#中直接調(diào)用該COM組件[10,11]。具體步驟如下：

1)首先在MATLAB中編寫彩色圖像直方圖均衡化函數(shù)Junheng(filename)，其函數(shù)輸入為待處理圖像的文件路徑，輸出為經(jīng)過處理之后的圖像，調(diào)用rgb2hsv()將圖像轉(zhuǎn)換成HSV，提取V通道，調(diào)用histeq()對V通道進(jìn)行直方圖均衡化，得到最終的處理圖像，并將函數(shù)保存為.m文件；

2)利用MATLAB的deploytool工具將.m文件編譯成C#可以引用的COM組件Junheng.dll；

3)在C#中添加Junheng.dll引用，創(chuàng)建Junheng對象，調(diào)用彩色圖像直方圖均衡化函數(shù)Junheng(filename)，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)。

4 系統(tǒng)測試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性，制作了原理樣機(jī)(即儀器端)，結(jié)合醫(yī)生管理端，對幾名受試者的耳朵進(jìn)行了檢查。儀器端通電后，打開WiFi，PC與WiFi連接成功之后，登錄醫(yī)生管理端，進(jìn)入主界面，填寫受試者信息，并點(diǎn)擊開始按鈕進(jìn)行檢查，同時(shí)醫(yī)生管理端實(shí)時(shí)顯示檢查圖像。測試結(jié)果表明：儀器端可以對耳部、鼻部、喉部進(jìn)行檢查，具有圖像采集、存儲、回放等功能，同時(shí)儀器端的圖像可以通過WiFi穩(wěn)定地傳輸至醫(yī)生管理端實(shí)時(shí)顯示，并可建立電子化病歷，便于醫(yī)生后續(xù)的診斷和觀察，具有實(shí)用價(jià)值。

5 結(jié)束語

設(shè)計(jì)了一種基于WiFi技術(shù)的便攜式耳鼻喉內(nèi)視鏡系統(tǒng)，包括儀器端和醫(yī)生管理端。與傳統(tǒng)的耳鼻喉內(nèi)窺鏡設(shè)備相比，儀器端采用嵌入式微處理器作為主控模塊，具有便攜式、小型化、低功耗的特點(diǎn)；醫(yī)生管理端可以實(shí)現(xiàn)耳鼻喉圖像的實(shí)時(shí)顯示，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子化病歷，以便對患者的健康情況進(jìn)行診斷和跟蹤研究。但是在圖像處理方面僅采用了直方圖均衡化方法，為了提高圖像的質(zhì)量，將進(jìn)一步開展相關(guān)圖像的處理工作，使系統(tǒng)更加完善。

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