使用DaVinci技術(shù)的便攜式視頻電子肛門診斷儀

使用DaVinci技術(shù)的便攜式視頻電子肛門診斷儀

【作 者】錢歡，徐宏智

上海市第五人民醫(yī)院，上海市，200240

目的 為克服普通肛門診斷儀體積大、無光源、盲目進鏡、無法定位、易漏診誤診等缺點，研制多功能便攜式視頻電子肛門診斷儀。方法 將國際先進的DaVinci 技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)用視頻開發(fā)技術(shù)，電子肛門診斷儀由微型攝像頭、LED光源、顯示裝置、DaVinci芯片等組成。檢查管內(nèi)壁加設(shè)LED燈光圈，能夠加大成像的清晰度。同時手柄下端設(shè)有帶刻度肛門鏡，能夠準(zhǔn)確判斷疾病位置和范圍，提高檢查結(jié)果的準(zhǔn)確度。 結(jié)果 便攜式電子肛門診斷儀集便攜、可視、可定位于一體，能多方位觀察到肛門內(nèi)腔及直腸壁，實時記錄存儲圖像，圖像采集質(zhì)量高。結(jié)論 該診斷儀為肛腸深層源頭疾病的診治提供新技術(shù)。

DaVinci技術(shù)；便攜式；視頻；電子肛門診斷儀

【 Writers 】QIAN Huan, XU Hongzhi

The Fifth People's Hospital of Shanghai, Shanghai, 200240

【 Abstract 】Objective In order to overcome large volume, no light, blind into the mirror, unable to locate faults, easily misdiagnosed of the common anal diagnosis instrument, multifunctional portable video electronic anus diagnosis instrument is developed. Methods DaVinci technology is applied in medical video development. Electronic anus diagnosis instrument includes micro camera, LED light source, display device, DaVinci chip, etc. A LED lamp aperture in the inner wall of the tube can increase the clarity of the image. The lower end of the handle is provided with a scale anoscopy, which can be prepared to judge the position and the range of the disease, so as to improve the accuracy of the examination. Results Portable electronic anal diagnosis instrument is portable, visible and can be located. It can observe the multi position of the inner cavity of the anus and the wall of the rectum with real-time record store image and high quality of image acquisition. Conclusion It provides new technology for the diagnosis and treatment of anorectal deep source of disease.

肛周疾病為肛腸外科常見疾病，肛門鏡是檢查和治療肛門直腸疾病的重要工具。通常在門診檢查時多采用肛門指診與肛門檢查鏡聯(lián)合檢查的方法，傳統(tǒng)肛門內(nèi)窺鏡，利用肛門鏡內(nèi)口漸次觀察肛管及直腸壁的情況[1]。但傳統(tǒng)內(nèi)鏡可用于操作的空間狹小，靈活性不佳，使用中很不方便；且沒有自備照明裝置，使用時還需另配光源，且光線基本不能直接照射到腸壁，嚴(yán)重影響觀察操作，影響了臨床診治的準(zhǔn)確與速度[2]。而醫(yī)生檢查過程中，由于缺乏參照，時常無法判斷疾病確切位置，還可能因肛門鏡退出過快發(fā)生漏診。由此可見，目前肛門疾病診斷多依靠臨床醫(yī)師的主觀判斷，易發(fā)生疾病位置診斷不準(zhǔn)確，或者不同醫(yī)師的診斷存在偏差的情況[3]。同時對肛門內(nèi)腔和病灶情況，也只能依靠醫(yī)生的文字記錄，缺乏一種可以直觀記錄的辦法。

目前電子結(jié)腸鏡已十分普及，電子結(jié)腸鏡具有以下優(yōu)點：能夠直觀記錄腸腔情況，獲得圖像，并通過計算機進行各種圖像處理，操作簡單、靈活、方便，沒有較強的不適感，患者依從性較好。此外，它還能通過通信線路傳送獲得圖像，便于進行臨床遠程會診。然而目前臨床應(yīng)用的電子結(jié)腸鏡也具有以下缺點：國外著名品牌電子結(jié)腸鏡可獲得高清晰度的圖像，同時對存儲要求較大，體積也較大，便攜性差[4]；而國內(nèi)品牌的結(jié)腸鏡圖像質(zhì)量差，還原度差，且占用存儲空間較大[5]。另外，電子結(jié)腸鏡存在著誤漏診現(xiàn)象：若患者伴有腹腔炎癥、腫瘤、手術(shù)等疾病時，會使結(jié)腸發(fā)生粘連，或?qū)е陆Y(jié)腸彎曲成銳角，鏡身難以通過，易發(fā)生穿孔[6]；若術(shù)前腸道準(zhǔn)備不充分，腸腔殘留內(nèi)容物較多，會導(dǎo)致視野模糊不清，盲目進鏡易發(fā)生穿孔。腸穿孔是結(jié)腸鏡檢查中嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，臨床中導(dǎo)致腸穿孔的影響因素較多，常與未循腔進鏡、暴力進鏡有關(guān)[7]。因此，對目前常用的普通肛門檢查鏡進行技術(shù)改進十分必要。臨床上需要一種能高度還原圖像、高度壓縮數(shù)據(jù)、便攜的電子肛門診斷儀。

1 設(shè)計思路

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種新型電子產(chǎn)品中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能可以實現(xiàn)高清視頻信號實時處理和目標(biāo)自動跟蹤功能[8]。然而數(shù)字視頻的實現(xiàn)需要以不同的特定硬件平臺和操作系統(tǒng)作基礎(chǔ)，常需要繁瑣的修改和重編碼，因此數(shù)字視頻的開發(fā)過程費時費力[9]。

德州儀器公司（TI）于2005年推出了DaVinci 技術(shù)，更方便快捷地實現(xiàn)數(shù)字視頻產(chǎn)品的開發(fā)[10]。該技術(shù)基于ARM+DSP（數(shù)字信號處理器）雙核硬件架構(gòu)，集ARM 與 DSP二者的優(yōu)勢于一體。具有較強的任務(wù)調(diào)度能力和較高的數(shù)據(jù)運算性能，是第一個數(shù)字視頻協(xié)同解決方案[11]。DaVinci 技術(shù)是為高效而強大的數(shù)字視頻而開發(fā)，具有大容量的片內(nèi)存儲器，能夠達到在一個平臺內(nèi)處理數(shù)字視頻、音頻、話音和數(shù)據(jù)的目的[12]。

基于上述的基礎(chǔ)研究，本課題所設(shè)計的電子肛門診斷儀，由微型攝像頭、LED光源、顯示裝置、DaVinci芯片等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理圖如圖1所示。檢查管內(nèi)壁加設(shè)LED燈光圈，配合檢查管前端的攝像頭，能夠加大成像的清晰度, 且能夠保證在檢查管退出時視野始終清晰，降低了漏誤診率，有助于醫(yī)師直觀地了解肛腸內(nèi)部深層病灶部位病情。微型攝像頭可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)動角度，這樣能夠在檢查時很好地多方位觀察到肛門內(nèi)腔及直腸壁，并可實時記錄存儲圖像，作為病史資料，配合刻度、扇面定位能夠及時、準(zhǔn)確、客觀地記錄和還原患者肛門內(nèi)腔和病灶的情況，避免醫(yī)師多次檢查，減少病人痛苦。使得醫(yī)生檢查過程中能準(zhǔn)確預(yù)先判斷疾病位置，可提高檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性，縮小不同醫(yī)生主觀判斷的偏差。而DaVinci芯片圖像采集質(zhì)量高、壓縮比高、圖像還原度高、易開發(fā)，能夠滿足臨床對診斷儀器的小型化、智能化需求，為臨床上迫切需要的電子肛門診斷儀提出新的設(shè)計思路。

圖1 電子肛門診斷儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理圖[13]Fig.1 The system structure and principle of electronic anus diagnosis system[13]

2 基本結(jié)構(gòu)

可定位的電子可視記錄肛門檢查儀，包括手柄、外鞘、檢查管，外鞘設(shè)在手柄上，外鞘上設(shè)有通孔，檢查管穿設(shè)在通孔內(nèi)，檢查管前端設(shè)有伸入肛門的攝像頭，手柄下端設(shè)有帶刻度肛門鏡，檢查管內(nèi)壁設(shè)有與帶刻度肛門鏡相匹配的刻度標(biāo)記，帶刻度肛門鏡的細節(jié)圖如圖2所示。檢查管內(nèi)壁還設(shè)有LED燈，LED燈為三至十組，沿檢查管內(nèi)壁呈圓形并排設(shè)置。檢查管內(nèi)壁加設(shè)LED燈光圈，配合設(shè)置在檢查管前端的攝像頭，能夠加大成像的清晰度，且能夠保證在檢查管退出時視野始終清晰，降低了漏診率。

圖2 帶刻度肛門鏡的細節(jié)圖Fig.2 Detail map with the scale of the anus

DaVinci技術(shù)具有下列特點：①采用TI第3代超長指令集結(jié)構(gòu)(VelociTI.3)的TMS320C64x+ DSP內(nèi)核，主頻可達600 MHz。②采用2級Cache存儲器體系結(jié)構(gòu)，存儲器體系結(jié)構(gòu)更靈活、合理，有利于提高圖像處理代碼/數(shù)據(jù)的吞吐率。③片上具有64通道增強型DMA控制器EDMA3，支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的傳輸，有利于圖像數(shù)據(jù)的高效傳輸和格式變換。④豐富的外部存儲器接口：一個專用的32位、200 MHz、256 MB尋址空間的DDR2存儲器接口用于接口高速、大容量的DDR2存儲器，以存儲代碼和數(shù)據(jù)；一個8位、64 MB尋址空間的異步存儲器接口用于接口8位Nor Flash或Nand Flash，以存儲固化代碼。⑤豐富的片上外設(shè)：一個專用的單通道視頻輸入接口，既可以方便地與各種數(shù)字視頻輸入標(biāo)準(zhǔn)接口，還具有常用的視頻預(yù)處理功能；10/100M以太網(wǎng)MAC，方便實現(xiàn)嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)化要求；16位HPI接口，方便實現(xiàn)主/從結(jié)構(gòu)的雙處理器視頻處理系統(tǒng)。⑥它將RLSC處理器和DSP組合在一起，使控制界面更容易編程，適合于作為便攜式視頻處理系統(tǒng)的主處理器。

3 討論

本研究使用改良肛門診斷儀以達到便攜、可視、可定位的目的，研究了采用DaVinci技術(shù)的視頻終端系統(tǒng)特點和終端應(yīng)用的具體實現(xiàn)方法，并涉及到視頻的采集、壓縮、傳輸、存儲等技術(shù)。CPU為視頻應(yīng)用提供核心動力，采用帶刻度肛門鏡，通過肛門鏡連接到顯示器，又通過設(shè)有刻度的檢查管，為疾病位置和范圍的判斷提供了參考，可提高檢查結(jié)果的準(zhǔn)確度，縮小不同醫(yī)生主觀判斷的偏差。檢查管內(nèi)壁加設(shè)LED燈光圈，配合設(shè)置在檢查管前端的攝像頭，加大成像的清晰度，保證在檢查管退出時視野始終清晰。本研究設(shè)計的電子肛門診斷儀該系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)檢查的不足。其可視、可定位、攝像功能能夠在檢查過程中，迅速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)病灶的部位和病變程度，減少傳統(tǒng)肛門鏡檢查漏診誤診的概率。

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Portable Video Electronic Anus Diagnosis Instrument Based on DaVinci Technology

DaVinci technology, portable, video, electronic anus diagnosis instrument

R445.1

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.02.010

1671-7104(2017)02-0114-03

2016-08-30

錢歡，E-mail: qian_huan1@163.com