基于WiFi技術的便攜式耳鼻喉內視鏡系統設計*

周建萍， 劉洪英,2， 皮喜田,3， 羅恩斯， 尹 曼， 蔡金芷

(1.重慶大學 生物工程學院，重慶 400030；2.重慶市醫療器械電子工程技術研究中心，重慶 400030；3.新型微納米器件與系統技術國防重點學科實驗室，重慶 400030)

0 引 言

常規的耳鼻喉診斷設備體積較大，不方便攜帶，價格比較昂貴，在我國基層醫療機構和普通家庭中不具有普及性，無法應用到耳鼻喉的日常檢查中，往往延誤了最佳的治療時間。在遠程醫療和無線傳輸技術快速發展的形勢下，將無線技術應用于醫療設備中也是一大熱點[1，2]。因此，本文研究了適用于基層醫療機構和普通家庭的耳鼻喉內窺鏡系統，利用圖像采集技術和WiFi技術，以微處理器為核心，進行上位機程序設計，實現了對患者的健康狀況進行診斷和跟蹤研究。

1 系統總體設計

系統主要包括儀器端和醫生管理端兩大模塊，系統框圖如圖1所示。儀器端對耳鼻喉圖像進行采集、存儲，圖像通過WiFi傳輸到醫生管理端并實時顯示，利用數據庫技術對患者信息和采集圖像進行管理、處理，實現電子化病歷，以便對患者的健康情況進行診斷和跟蹤研究。

圖1 系統框圖

2 系統硬件設計

系統硬件結構框圖如圖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，其前端采用醫用不銹鋼進行封裝，有利于散熱。視頻解碼模塊采用TVP5150芯片，與攝像頭模塊相連，實現模擬信號與數字信號的之間的轉換[3]。主控模塊為采用S3C6410X—66H芯片，主要用于引導系統啟動、加載內核、文件系統工作、對圖像進行處理和存儲等[4]。液晶顯示模塊LQ035NC111，實時顯示當前采集的圖像、時間等相關信息。WiFi模塊的主控芯片為RT5350，支持HTPP協議[5]，實現儀器端與醫生管理端之間的圖像傳輸。按鍵模塊包括電源鍵、待機鍵、菜單鍵、上、下鍵、無線開關鍵。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 系統硬件結構

3 上位機程序設計

醫生管理端基于WinForm，采用Visual Studio2015作為開發平臺，利于C#語言進行程序開發，采用sql server2012作為數據庫，并采用ADO.NET技術與數據庫進行連接。在醫生管理端，醫生通過視頻預覽、圖像處理、診斷管理等功能更加客觀地給出診斷意見，利用數據庫技術對患者信息和耳鼻喉圖像進行管理，實現電子化病例[6]，同時有利于開展遠程會診和教學。醫生管理端軟件框架如圖3所示。

圖3 管理端軟件框架

3.1 圖像的實時顯示

由于WiFi模塊支持HTTP協議，有特定的端口號，圖像以視頻流(格式為MJPG)進行傳輸，因此，可以利用Aforge類庫實現圖像的接收和實時顯示。Aforge是一種.NET開發的開源圖像、視頻處理庫[7]。在利用C#進行界面設計時，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實時獲取儀器端通過WiFi發送過來的MJPG視頻流，最后利用videoSourcePlayer實現圖像的實時顯示。首先定義一個MJPEGStream類對象，對WiFi模塊的協議和端口號進行定義來獲取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閉，即

videoSourcePlayer.Start();∥開啟視頻

videoSourcePlayer.Stop();∥關閉視頻

3.2 圖像保存功能

由于醫生需要對患者耳鼻喉病癥重要的圖像存檔，以便后續的診斷和研究，因此，醫生管理端應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噪聲的干擾，為了醫生更加客觀地作出診斷，在醫生管理端增加了圖像處理功能，利用圖增強技術，突出圖像的病變區域。為了還原耳鼻喉的真實情況，選擇對彩色圖像進行直方圖均衡化。直方圖均衡化的基本思想是：對在圖像中像素個數多的灰度級進行展寬，而對像素個數少的灰度級進行縮減，達到清晰圖像的目的[8]。先將原始圖像的RGB空間轉換為HSV之后，對V分量進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#混合編程實現直方圖均衡化，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Junheng(filename)，其函數輸入為待處理圖像的文件路徑，輸出為經過處理之后的圖像，調用rgb2hsv()將圖像轉換成HSV，提取V通道，調用histeq()對V通道進行直方圖均衡化，得到最終的處理圖像，并將函數保存為.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，創建Junheng對象，調用彩色圖像直方圖均衡化函數Junheng(filename)，實現圖像增強。

4 系統測試

為了驗證系統的可行性，制作了原理樣機(即儀器端)，結合醫生管理端，對幾名受試者的耳朵進行了檢查。儀器端通電后，打開WiFi，PC與WiFi連接成功之后，登錄醫生管理端，進入主界面，填寫受試者信息，并點擊開始按鈕進行檢查，同時醫生管理端實時顯示檢查圖像。測試結果表明：儀器端可以對耳部、鼻部、喉部進行檢查，具有圖像采集、存儲、回放等功能，同時儀器端的圖像可以通過WiFi穩定地傳輸至醫生管理端實時顯示，并可建立電子化病歷，便于醫生后續的診斷和觀察，具有實用價值。

5 結束語

設計了一種基于WiFi技術的便攜式耳鼻喉內視鏡系統，包括儀器端和醫生管理端。與傳統的耳鼻喉內窺鏡設備相比，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；醫生管理端可以實現耳鼻喉圖像的實時顯示，結合數據庫技術實現電子化病歷，以便對患者的健康情況進行診斷和跟蹤研究。但是在圖像處理方面僅采用了直方圖均衡化方法，為了提高圖像的質量，將進一步開展相關圖像的處理工作，使系統更加完善。

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