CN110338740A - 一种消化道参数采集胶囊系统 - Google Patents

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程琳
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Abstract

本发明提供一种消化道参数采集胶囊系统，利用体内胶囊部分和体外监测部分对患者的消化道压力信息进行精确测试，同时还能对患者的胃肠道内壁图像信息进行有效监测，其中，体内胶囊部分包括压力传感器、胶囊外壳、振动源、信号处理电路、内置天线、控制装置、图像采集装置以及电池；体外监测部分包括图像处理模块、中央处理装置、显示装置、无线传输装置、振动参数设置装置以及远程监测端，振动源能够根据医护人员的需求发出振动信号，以带动体内胶囊部分进行振动，如此能够使体内胶囊部分进行移动，进而能够采集的胃肠道内壁图像更加全面。

Description

一种消化道参数采集胶囊系统
技术领域
本发明涉及智能医疗设备领域，尤其涉及一种消化道参数采集胶囊系统。
背景技术
胃肠道指的是从胃幽门至肛门的消化管。肠是消化道中最长的一段，也是功能最重要的一段。近些年来，胃肠道疾病的发病率呈现逐年增高的趋势，胃肠道的疾病可分为器质性疾病和功能性疾病。功能性胃肠道疾病(FGIDs) 与人们饮食结构的改变以及生活压力的不断增大密切相关。临床上，许多患者表现为胃肠道症状，如腹痛、恶心、呕吐、腹胀腹泻以及便秘等，以往这种症状被视为神经官能症，但近年来将其认定为功能性胃肠道疾病。依据最新的罗马III 标准，普通人群中FGIDs 的患病率高达34.6％，严重影响着人们的身体健康和生活质量。
正常成年人胃肠道的长度大约为5-8米，而且肠道的形态蜿蜒曲折，这就使得对胃肠道的检查比较困难，由于小肠段和升结肠段一般处于胃肠道的中间部位，常规的胃肠道检测设备很难到达这个部位，因此存在着检测盲区。另一方面，由于功能性胃肠道疾病发病机制尚不十分明确，因此对于功能性胃肠道疾病的治疗并没有有效的手段。
电子胶囊是人们获得正常生理状态下的人体胃肠道生理参数的方法，目前电子胶囊应用较多的是胶囊内窥镜和参数型电子胶囊。胶囊内窥镜主要用于获取胃肠道内壁图像，参数型电子胶囊则是对胃肠道生理参数进行检测。
现有技术中，电子胶囊无法同时对人体胃肠道内壁图像和消化道压力参数进行同时测试，且测试精度不高，同时，在测试过程中，由于电子胶囊的位置不受控制，因此，无法获得更多、更全面的胃肠道内壁图像和消化道压力参数信息，进而无法使医护人员对患者的病情进行有效、全面的了解。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种消化道参数采集胶囊系统，利用体内胶囊部分和体外监测部分对患者的消化道压力信息进行精确测试，同时还能对患者的胃肠道内壁图像信息进行有效监测，其中，体内胶囊部分包括压力传感器、胶囊外壳、振动源、信号处理电路、内置天线、控制装置、图像采集装置以及电池；体外监测部分包括图像处理模块、中央处理装置、显示装置、无线传输装置、振动参数设置装置以及远程监测端，振动源能够根据医护人员的需求发出振动信号，以带动体内胶囊部分进行振动，如此能够使体内胶囊部分进行移动，进而能够采集的胃肠道内壁图像更加全面。
本发明提供的消化道参数采集胶囊系统包括体内胶囊部分和体外监测部分，其中，体内胶囊部分包括压力传感器、胶囊外壳、振动源、信号处理电路、内置天线、控制装置、图像采集装置以及电池；体外监测部分包括图像处理模块、中央处理装置、显示装置、无线传输装置、振动参数设置装置以及远程监测端。
其中，压力传感器、振动源、信号处理电路、内置天线、控制装置、图像采集装置以及电池设置于胶囊外壳内，胶囊外壳两端为半球形，一端为透明状，另一端为不透明状，压力传感器设置于胶囊外壳的不透明状的一端，图像采集装置设置于胶囊外壳的透明状的一端，电池为体内胶囊部分提供电力支持，压力传感器用于采集消化道压力信号，压力传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，图像采集装置用于采集胃肠道内壁图像信号，信号处理电路通过内置天线与中央处理装置连接，中央处理装置对接收到的电压信号转换为压力值，中央处理装置将压力值传输至显示装置进行显示，中央处理装置将压力值通过无线传输装置传输至远程监测端，图像采集装置将采集到的图像信号通过内置天线传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像信号进行图像处理，图像处理模块将处理后的图像信号传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信号传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的图像信号通过无线传输装置传输至远程监测端，振动参数设置装置的输出端与中央处理装置的输入端连接，医护人员通过振动参数设置装置向中央处理装置输入振动参数，中央处理装置将接收到的振动参数通过内置天线传输至控制装置，控制装置根据接收到的振动参数控制振动源进行振动作业。
具体地，电池设置在体内胶囊内的电磁屏蔽槽内。
具体地，图像处理装置包括图像平滑模块、图像增强模块以及图像锐化模块。
其中，图像采集装置用于采集胃肠道内壁的图像信息，图像采集装置的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像锐化模块的输入端连接，图像锐化模块的输出端与中央处理装置的输入端连接。
具体地，将图像采集装置传输至图像处理装置的胃肠道内壁的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像平滑模块对图像f(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，平滑函数为q(x,y)，
；
；
其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。
具体地，图像增强模块对图像g(x,y)进行图像清晰化处理，经过图像增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，
。
具体地，图像锐化模块对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为k(x,y)，其中，
。
具体地，压力传感器用于采集消化道压力信号，压力传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路对接收到的压力信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的电压信号通过内置天线传输至中央处理装置。
具体地，压力传感器用于采集消化道压力信号，将采集的压力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，压力传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1-C6、二极管D1-D3、三极管VT1-VT2、VT4-VT5、场效应管VT3、VT6-VT7和电阻R1-R20。
其中，压力传感器的输出端与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R1的一端与+1.5V电源连接，电阻R1的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R4的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R4的另一端与电容C2的一端连接，电阻R4的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R4的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R5的一端与+1.5V电源连接，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端连接，电阻R7的另一端与三极管VT1的基极连接，三极管VT1的发射极接地，电容C2的另一端与三极管VT1的集电极连接，电容C2的另一端还与三极管VT2的发射极连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与三极管VT4的发射极连接，电容C3的另一端与电阻R12的一端连接，电容C3的另一端还与三极管VT2的集电极连接，电阻R8的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R8的另一端与三极管VT2的基极连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R9的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的反相输入端与集成运放A1的输出端连接，二极管D1的阳极接地，二极管D1的阴极与电阻R10的一端连接，二极管D1的阴极与场效应管VT3的栅极连接，二极管D1的阴极与电容C4的一端连接，二极管D1的阴极还与三极管VT4的集电极连接，电阻R10的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R10的另一端还与场效应管VT3的漏极连接，电阻R12的另一端与三极管VT4的基极连接，电阻R12的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与三极管VT4的集电极连接，三极管VT5的发射极与+1.5V电源连接，电阻R14的一端与采样控制端连接，当采样控制端输入电压为1V时，信号放大电路对输入电压V0进行放大作业，否则，则信号放大电路不工作，电阻R14的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R14的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R14的另一端还与三极管VT5的基极连接，电阻R13的另一端与+1.5V电源连接，电容C5一端接地，电容C5的另一端与场效应管VT3的源极连接，电容C5的另一端与场效应管VT6的栅极连接，电阻R15的另一端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极接地，电阻R15的另一端还与电容C4的另一端连接，电阻R17的一端接地，电阻R17的另一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端还与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与场效应管VT6的源极连接，场效应管VT6的漏极与+1.5V电源连接，电阻R19的一端接地，电阻R19的另一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R19的另一端与电容C6的一端连接，电阻R19的另一端还与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与场效应管VT7的源极连接，场效应管VT7的漏极与+1.5V电源连接，电容C6的另一端与集成运放A4的输出端连接，电容C6的另一端还与二极管D3的阳极连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与二极管D3的阴极连接，电阻R20的另一端还与场效应管VT7的栅极连接，场效应管VT7的栅极与信号滤波单元的输入端连接。
具体地，信号滤波单元包括电阻R21-R25、电容C7-C9以及集成运放A5。
其中，信号放大单元的输出端与电阻R21的一端连接，电阻R21的一端与电容C8的一端连接，电阻R21的另一端与电容C7的一端连接，电阻R21的另一端还与电阻R22的一端连接，电容C8的另一端与电容C9的一端连接，电阻R23的一端接地，电阻R23的另一端与电容C8的另一端连接，电容C9的另一端与电阻R22的另一端连接，电阻R22的另一端与集成运放A5的同相输入端连接，电容C7的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R25的一端接地，电阻R25的另一端与集成运放A5的反相输入端连接，是按照R25的另一端还与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A5的输出端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的消化道参数采集胶囊系统，利用体内胶囊部分和体外监测部分对患者的消化道压力信息进行精确测试，同时还能对患者的胃肠道内壁图像信息进行有效监测，其中，体内胶囊部分包括压力传感器、胶囊外壳、振动源、信号处理电路、内置天线、控制装置、图像采集装置以及电池；体外监测部分包括图像处理模块、中央处理装置、显示装置、无线传输装置、振动参数设置装置以及远程监测端，振动源能够根据医护人员的需求发出振动信号，以带动体内胶囊部分进行振动，如此能够使体内胶囊部分进行移动，进而能够采集的胃肠道内壁图像更加全面。
（2）本发明提供的的消化道参数采集胶囊系统，本发明的发明点还在于由于压力传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A4、电容C1-C6、二极管D1-D3、三极管VT1-VT2、VT4-VT5、场效应管VT3、VT6-VT7和电阻R1-R20对压力传感器输出的电压信号V0进行放大处理，由集成运放A1-A4、电容C1-C6、二极管D1-D3、三极管VT1-VT2、VT4-VT5、场效应管VT3、VT6-VT7和电阻R1-R20构成的信号放大单元只有1.35μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内3.25nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R21-R25、电容C7-C9以及集成运放A5对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了压力检测的精度。
附图说明
图1为本发明的消化道参数采集胶囊系统的体内胶囊部分结构图；
图2为本发明的消化道参数采集胶囊系统的功能图；
图3为本发明的图像处理模块的功能图；
图4为本发明的信号处理电路的电路图。
附图标记：
1-压力传感器；2-胶囊外壳；3-振动源；4-信号处理电路；5-内置天线；6-控制装置；7-图像采集装置；8-电池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的消化道参数采集胶囊系统进行详细说明。
如图1-2所示，本发明提供的消化道参数采集胶囊系统包括体内胶囊部分和体外监测部分，其中，体内胶囊部分包括压力传感器1、胶囊外壳2、振动源3、信号处理电路4、内置天线5、控制装置6、图像采集装置7以及电池8；体外监测部分包括图像处理模块、中央处理装置、显示装置、无线传输装置、振动参数设置装置以及远程监测端。
其中，压力传感器1、振动源3、信号处理电路4、内置天线5、控制装置6、图像采集装置7以及电池8设置于胶囊外壳2内，胶囊外壳2两端为半球形，一端为透明状，另一端为不透明状，压力传感器1设置于胶囊外壳2的不透明状的一端，图像采集装置7设置于胶囊外壳2的透明状的一端，电池8为体内胶囊部分提供电力支持，压力传感器1用于采集消化道压力信号，压力传感器1的输出端与信号处理电路4的输入端连接，图像采集装置7用于采集胃肠道内壁图像信号，信号处理电路4通过内置天线5与中央处理装置连接，中央处理装置对接收到的电压信号转换为压力值，中央处理装置将压力值传输至显示装置进行显示，中央处理装置将压力值通过无线传输装置传输至远程监测端，图像采集装置7将采集到的图像信号通过内置天线5传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像信号进行图像处理，图像处理模块将处理后的图像信号传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信号传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的图像信号通过无线传输装置传输至远程监测端，振动参数设置装置的输出端与中央处理装置的输入端连接，医护人员通过振动参数设置装置向中央处理装置输入振动参数，中央处理装置将接收到的振动参数通过内置天线5传输至控制装置6，控制装置6根据接收到的振动参数控制振动源3进行振动作业。
上述实施方式中，利用体内胶囊部分和体外监测部分对患者的消化道压力信息进行精确测试，同时还能对患者的胃肠道内壁图像信息进行有效监测，其中，体内胶囊部分包括体内胶囊部分包括压力传感器1、胶囊外壳2、振动源3、信号处理电路4、内置天线5、控制装置6、图像采集装置7以及电池8；体外监测部分包括图像处理模块、中央处理装置、显示装置、无线传输装置、振动参数设置装置以及远程监测端，振动源3能够根据医护人员的需求发出振动信号，以带动体内胶囊部分进行振动，如此能够使体内胶囊部分进行移动，进而能够采集的胃肠道内壁图像更加全面。
优选的是，电池8设置在体内胶囊内的电磁屏蔽槽内。
上述实施方式中，电池8设置在体内胶囊内的电磁屏蔽槽内可有效减少电池8对胶囊外壳2内其他部件的信号影响。
压力传感器1、振动源3、信号处理电路4、内置天线5、控制装置6、图像采集装置7以及电池8均固定连接于胶囊外壳2内。
体外监测部分设有用于向振动胶囊发出振动参数的振动参数设置装置，以调节振动胶囊振动的频率、振幅、振动间隔时间。
胶囊外壳2 为药丸形状，两端为半球形，整体光滑无锐角，便于吞服。胶囊外壳2采用生物相容性材料，具备抗酸碱腐蚀的特性。该胶囊外壳2采用密封设计，以防止消化道内的液体渗入到胶囊内部。
振动源3是体内胶囊的振动发生机构，采用微型振动马达，该机构产生的振动会使体内胶囊发送位移。
如图3所示，图像处理装置包括图像平滑模块、图像增强模块以及图像锐化模块。
其中，图像采集装置7用于采集胃肠道内壁的图像信息，图像采集装置7的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像锐化模块的输入端连接，图像锐化模块的输出端与中央处理装置的输入端连接。
优选的是，将图像采集装置7传输至图像处理装置的胃肠道内壁的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像平滑模块对图像f(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，平滑函数为q(x,y)，
；
；
其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。
优选的是，图像增强模块对图像g(x,y)进行图像清晰化处理，经过图像增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，
。
优选的是，图像锐化模块对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为k(x,y)，其中，
。
优选的是，压力传感器1用于采集消化道压力信号，压力传感器1的输出端与信号处理电路4的输入端连接，信号处理电路4对接收到的压力信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的电压信号通过内置天线5传输至中央处理装置。
如图4所示，压力传感器1用于采集消化道压力信号，将采集的压力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路4，V1为经过信号处理电路4处理后的电压信号，信号处理电路4包括信号放大单元和信号滤波单元，压力传感器1的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1-C6、二极管D1-D3、三极管VT1-VT2、VT4-VT5、场效应管VT3、VT6-VT7和电阻R1-R20。
其中，压力传感器1的输出端与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R1的一端与+1.5V电源连接，电阻R1的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R4的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R4的另一端与电容C2的一端连接，电阻R4的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R4的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R5的一端与+1.5V电源连接，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端连接，电阻R7的另一端与三极管VT1的基极连接，三极管VT1的发射极接地，电容C2的另一端与三极管VT1的集电极连接，电容C2的另一端还与三极管VT2的发射极连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与三极管VT4的发射极连接，电容C3的另一端与电阻R12的一端连接，电容C3的另一端还与三极管VT2的集电极连接，电阻R8的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R8的另一端与三极管VT2的基极连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R9的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的反相输入端与集成运放A1的输出端连接，二极管D1的阳极接地，二极管D1的阴极与电阻R10的一端连接，二极管D1的阴极与场效应管VT3的栅极连接，二极管D1的阴极与电容C4的一端连接，二极管D1的阴极还与三极管VT4的集电极连接，电阻R10的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R10的另一端还与场效应管VT3的漏极连接，电阻R12的另一端与三极管VT4的基极连接，电阻R12的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与三极管VT4的集电极连接，三极管VT5的发射极与+1.5V电源连接，电阻R14的一端与采样控制端连接，当采样控制端输入电压为1V时，信号放大电路对输入电压V0进行放大作业，否则，则信号放大电路不工作，电阻R14的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R14的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R14的另一端还与三极管VT5的基极连接，电阻R13的另一端与+1.5V电源连接，电容C5一端接地，电容C5的另一端与场效应管VT3的源极连接，电容C5的另一端与场效应管VT6的栅极连接，电阻R15的另一端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极接地，电阻R15的另一端还与电容C4的另一端连接，电阻R17的一端接地，电阻R17的另一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端还与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与场效应管VT6的源极连接，场效应管VT6的漏极与+1.5V电源连接，电阻R19的一端接地，电阻R19的另一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R19的另一端与电容C6的一端连接，电阻R19的另一端还与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与场效应管VT7的源极连接，场效应管VT7的漏极与+1.5V电源连接，电容C6的另一端与集成运放A4的输出端连接，电容C6的另一端还与二极管D3的阳极连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与二极管D3的阴极连接，电阻R20的另一端还与场效应管VT7的栅极连接，场效应管VT7的栅极与信号滤波单元的输入端连接。
优选的是，信号滤波单元包括电阻R21-R25、电容C7-C9以及集成运放A5。
其中，信号放大单元的输出端与电阻R21的一端连接，电阻R21的一端与电容C8的一端连接，电阻R21的另一端与电容C7的一端连接，电阻R21的另一端还与电阻R22的一端连接，电容C8的另一端与电容C9的一端连接，电阻R23的一端接地，电阻R23的另一端与电容C8的另一端连接，电容C9的另一端与电阻R22的另一端连接，电阻R22的另一端与集成运放A5的同相输入端连接，电容C7的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R25的一端接地，电阻R25的另一端与集成运放A5的反相输入端连接，是按照R25的另一端还与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A5的输出端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。
上述实施方式中，信号处理电路的噪声在3.25nV以内，漂移为1.35μV/℃，集成运放A1、A4的型号均为LM10，集成运放A2的型号为C1A1/2LT1018，集成运放A3的型号为C1B1/2LT1018，集成运放A5的型号为LT1192，场效应管VT3、VT6-VT7的型号均为2N4338，三极管VT1-VT2、VT4-VT5的型号均为2N3904，二极管D1-D3的型号均为1N914。
在信号放大单元中，电阻R1的阻值为1MΩ，电阻R2的阻值为1MΩ，电阻R3的阻值为330Ω，电阻R4的阻值为330kΩ，电阻R5的阻值为1MΩ，电阻R6的阻值为100kΩ，电阻R7的阻值为20kΩ，电阻R8的阻值为20kΩ，电阻R9的阻值10kΩ，电阻R10的阻值为300kΩ，电阻R11的阻值为180kΩ，电阻R12的阻值为100kΩ，电阻R13的阻值为1MΩ，电阻R14的阻值为100kΩ，电阻R15的阻值为3.3kΩ，电阻R16的阻值为49.9kΩ，电阻R17的阻值为49.9kΩ，电阻R18的阻值为49.9kΩ，电阻R19的阻值为49.9kΩ，电阻R20的阻值为33kΩ，电容C1的电容值为1000pF，电容C2的电容值为2.2μF，电容C3的电容值为2.2μF，电容C4的电容值为1500pF，电容C5的电容值为0.0068μF，电容C6的电容值为180pF。
本实施例中的信号放大单元对传感器输出的电压信号响应速度快，其中，场效应管VT3作为采样保持开关，三极管VT4和VT5提供一种电平平移来驱动场效应管VT3的栅极，在本实施例中的信号放大单元中，为了降低电路的功耗，使用电容C4的前馈电路用于加快场效应管VT3快速开关其栅极，而不仅仅依靠三极管VT4和VT5的工作电流，集成运放A1用于驱动三极管VT1，集成运放A3反转集成运放A1的输出，并偏置三极管VT2，晶体管作为同步开关且电荷被传输至三极管VT2端的电容C3处，并在电容C3处产生一个负电位。
信号放大单元中场效应管VT6-VT7设置为源极跟随器，所接电阻作为电平转换器以保持集成运放的输入在集成运放A1的共模范围内，因此，信号放大单元不仅能够对传感器采集的信号进行有效放大，并且放大后的信号平滑不失真。
在信号滤波单元中，电阻R21-R25的阻值、电容C7-C9的电容值为根据滤波需求进行设置。
本实施例中优选一组电阻R21-R25的阻值、电容C7-C9的电容值的值，其中，电阻R21的阻值为26.7kΩ，电阻R22的阻值为26.7kΩ，电阻R23的阻值为13.3kΩ，电阻R24的阻值为9.53kΩ，电阻R25的阻值为10kΩ，电容C7的电容值为200nF，电容C8的电容值为100nF，电容C9的电容值为100nF。
以上实施例中，中心频率f0=59.665Hz。
由于压力传感器1采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A4、电容C1-C6、二极管D1-D3、三极管VT1-VT2、VT4-VT5、场效应管VT3、VT6-VT7和电阻R1-R20对压力传感器1输出的电压信号V0进行放大处理，由集成运放A1-A4、电容C1-C6、二极管D1-D3、三极管VT1-VT2、VT4-VT5、场效应管VT3、VT6-VT7和电阻R1-R20构成的信号放大单元只有1.35μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内3.25nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R21-R25、电容C7-C9以及集成运放A5对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了压力检测的精度。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述消化道参数采集胶囊系统包括体内胶囊部分和体外监测部分，其中，所述体内胶囊部分包括压力传感器（1）、胶囊外壳（2）、振动源（3）、信号处理电路（4）、内置天线（5）、控制装置（6）、图像采集装置（7）以及电池（8）；所述体外监测部分包括图像处理模块、中央处理装置、显示装置、无线传输装置、振动参数设置装置以及远程监测端；
其中，所述压力传感器（1）、所述振动源（3）、所述信号处理电路（4）、所述内置天线（5）、所述控制装置（6）、所述图像采集装置（7）以及所述电池（8）设置于所述胶囊外壳（2）内，所述胶囊外壳（2）两端为半球形，一端为透明状，另一端为不透明状，所述压力传感器（1）设置于所述胶囊外壳（2）的不透明状的一端，所述图像采集装置（7）设置于所述胶囊外壳（2）的透明状的一端，所述电池（8）为所述体内胶囊部分提供电力支持，所述压力传感器（1）用于采集消化道压力信号，所述压力传感器（1）的输出端与所述信号处理电路（4）的输入端连接，所述图像采集装置（7）用于采集胃肠道内壁图像信号，所述信号处理电路（4）通过所述内置天线（5）与所述中央处理装置连接，所述中央处理装置对接收到的电压信号转换为压力值，所述中央处理装置将压力值传输至所述显示装置进行显示，所述中央处理装置将压力值通过所述无线传输装置传输至所述远程监测端，所述图像采集装置（7）将采集到的图像信号通过所述内置天线（5）传输至所述图像处理模块，所述图像处理模块对接收到的图像信号进行图像处理，所述图像处理模块将处理后的图像信号传输至所述中央处理装置，所述中央处理装置将接收到的图像信号传输至显示装置进行显示，所述中央处理装置将接收到的图像信号通过所述无线传输装置传输至所述远程监测端，所述振动参数设置装置的输出端与所述中央处理装置的输入端连接，医护人员通过所述振动参数设置装置向所述中央处理装置输入振动参数，所述中央处理装置将接收到的振动参数通过所述内置天线（5）传输至所述控制装置（6），所述控制装置（6）根据接收到的振动参数控制所述振动源（3）进行振动作业。
2.根据权利要求1所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述电池（8）设置在体内胶囊内的电磁屏蔽槽内。
3.根据权利要求1所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述图像处理装置包括图像平滑模块、图像增强模块以及图像锐化模块；
其中，所述图像采集装置（7）用于采集胃肠道内壁的图像信息，所述图像采集装置（7）的输出端与所述图像平滑模块的输入端连接，所述图像平滑模块的输出端与所述图像增强模块的输入端连接，所述图像增强模块的输出端与所述图像锐化模块的输入端连接，所述图像锐化模块的输出端与所述中央处理装置的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，将所述图像采集装置（7）传输至所述图像处理装置的胃肠道内壁的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，所述图像平滑模块对图像f(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，平滑函数为q(x,y)，
；
；
其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。
5.根据权利要求4所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述图像增强模块对图像g(x,y)进行图像清晰化处理，经过图像增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，
。
6.根据权利要求5所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述图像锐化模块对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为k(x,y)，其中，
。
7.根据权利要求1所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述压力传感器（1）用于采集消化道压力信号，所述压力传感器（1）的输出端与所述信号处理电路（4）的输入端连接，所述信号处理电路（4）对接收到的压力信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的电压信号通过所述内置天线（5）传输至所述中央处理装置。
8.根据权利要求1所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述压力传感器（1）用于采集消化道压力信号，将采集的压力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路（4），V1为经过所述信号处理电路（4）处理后的电压信号，所述信号处理电路（4）包括信号放大单元和信号滤波单元，所述压力传感器（1）的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1-C6、二极管D1-D3、三极管VT1-VT2、VT4-VT5、场效应管VT3、VT6-VT7和电阻R1-R20；
其中，所述压力传感器（1）的输出端与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R1的一端与+1.5V电源连接，电阻R1的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R4的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R4的另一端与电容C2的一端连接，电阻R4的另一端与电阻R7的一端连接，电阻R4的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R5的一端与+1.5V电源连接，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端连接，电阻R7的另一端与三极管VT1的基极连接，三极管VT1的发射极接地，电容C2的另一端与三极管VT1的集电极连接，电容C2的另一端还与三极管VT2的发射极连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与三极管VT4的发射极连接，电容C3的另一端与电阻R12的一端连接，电容C3的另一端还与三极管VT2的集电极连接，电阻R8的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R8的另一端与三极管VT2的基极连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R9的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的反相输入端与集成运放A1的输出端连接，二极管D1的阳极接地，二极管D1的阴极与电阻R10的一端连接，二极管D1的阴极与场效应管VT3的栅极连接，二极管D1的阴极与电容C4的一端连接，二极管D1的阴极还与三极管VT4的集电极连接，电阻R10的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R10的另一端还与场效应管VT3的漏极连接，电阻R12的另一端与三极管VT4的基极连接，电阻R12的另一端还与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与三极管VT4的集电极连接，三极管VT5的发射极与+1.5V电源连接，电阻R14的一端与采样控制端连接，当采样控制端输入电压为1V时，所述信号放大电路对输入电压V0进行放大作业，否则，则所述信号放大电路不工作，电阻R14的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R14的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R14的另一端还与三极管VT5的基极连接，电阻R13的另一端与+1.5V电源连接，电容C5一端接地，电容C5的另一端与场效应管VT3的源极连接，电容C5的另一端与场效应管VT6的栅极连接，电阻R15的另一端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极接地，电阻R15的另一端还与电容C4的另一端连接，电阻R17的一端接地，电阻R17的另一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端还与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与场效应管VT6的源极连接，场效应管VT6的漏极与+1.5V电源连接，电阻R19的一端接地，电阻R19的另一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R19的另一端与电容C6的一端连接，电阻R19的另一端还与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与场效应管VT7的源极连接，场效应管VT7的漏极与+1.5V电源连接，电容C6的另一端与集成运放A4的输出端连接，电容C6的另一端还与二极管D3的阳极连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与二极管D3的阴极连接，电阻R20的另一端还与场效应管VT7的栅极连接，场效应管VT7的栅极与所述信号滤波单元的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的消化道参数采集胶囊系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R21-R25、电容C7-C9以及集成运放A5；
其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R21的一端连接，电阻R21的一端与电容C8的一端连接，电阻R21的另一端与电容C7的一端连接，电阻R21的另一端还与电阻R22的一端连接，电容C8的另一端与电容C9的一端连接，电阻R23的一端接地，电阻R23的另一端与电容C8的另一端连接，电容C9的另一端与电阻R22的另一端连接，电阻R22的另一端与集成运放A5的同相输入端连接，电容C7的另一端与集成运放A5的输出端连接，电阻R25的一端接地，电阻R25的另一端与集成运放A5的反相输入端连接，是按照R25的另一端还与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A5的输出端与所述中央处理装置的输入端连接，所述信号滤波单元将电压信号V1传输至所述中央处理装置的ADC端口。
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