CMOS图像传感器技术在医疗领域的应用.pdf

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1、届应用技术CMOS图像传感器技术在医疗领域的应用王欣听杨丰田野(1．南方医科大学生物医学工程学院2．广东东莞光阵光电科技有限公司)摘要：在介绍CMOS图像传感器组成及特点的基础上，阐述基于CMOS的电子内窥镜原理及结构，分析其在医疗领域的创新性应用及前景，并介绍应用CMOS图像传感器技术开发的一次性可视腹腔穿刺器和一次性可视人流系统。、关键词：CMOS；图像传感器；医疗影像O引言功率、高分辨率的视觉恢复解决方案，利用CMOS成像技术实现人工视网膜功能，其最高分辨率可达近年来，CMOS工艺技术不断提高，C

2、MOS图像4096像素、帧速为19．5帧／秒【6】o传感器的应用也越来越广泛，从数码产品扩展到工业、本文首先阐述CMOS图像传感器组成及特点，医疗、智能安防等领域[11。CMOS图像传感器与传统在此基础上介绍基于CMOS传感器的电子内窥镜原电荷耦合设备CCD图像传感器相比，具有高度灵活理、结构，最后介绍COMS图像传感器在医疗领域性、优异的静态和动态特性、高集成度等优点，能满的应用，深入分析利用CMOS图像传感器技术开发足工业、医疗等专业图像抓取应用的需要，特别在医的一次性可视腹腔穿刺器和一次性可视人流

3、系统。疗图像领域提供了创新性的解决方案现有医疗影像产品主要采用光学成像技术和lCMOS图像传感器CCD成像技术，但是这两项技术成本高、能耗高，目前，市场上主流图像传感器包括CCD和使传统医疗影像产品的应用受到很大限制。目前，成CMOS两种。过去30年，CCD广泛应用于图像传感本因素是医疗影像设备普及推广的最主要制约因素；及捕捉，该类型传感器噪声较低，可提供良好的图像而且，成本高易造成产品多次性反复使用，增大了交质量。但是，CCD图像传感器是电荷耦合器件，需叉感染风险。所以，医疗影像领域亟需低成本、低能连

4、续将图像数据从一个像素传送到另一个像素，需要耗、高质量的医疗影像产品，CMOS摄像模块(CMOS多个工作电压、外部时钟和精密的驱动、选择电路，cameramodule，CCM)技术可有效弥补上述不足。功耗大，占据空间大。因此，CCD图像传感器的性CMOS图像传感器及其在医疗领域的创新性应能、灵活性、功耗等方面无法满足医疗器械及产品图用已成为国内外学者的研究热坷】。为研制一次性低像捕捉需求。成本电子内窥镜，CMOS图像传感器专家赛普拉斯利；CMOS图像传感器的频谱范围宽、动态范围大、用CMOS加工技术成功

5、开发小型彩色图像传感器BOCA，其面积仅有9mm，由512x512个边长为6gm功耗小、供电电压低、电路简单易于集成、图像抓取的方形像素组成，该传感器高达58％的填充因子是其功能灵活、系统集成度较高等特点，为电子图像捕捉具备高感光度的有力保证。为发展低成本、低功耗、技术创造了新的应用领域。高集成度生物传感器系统，JiHonghao等设计了基于CMOS图像传感器是典型的固体成像传感器，其CMOS图像传感器的有源像素传感器(APS)逻辑控组成如图1所示，由像素单元阵列、行选择器、列选制电路，在此基础上制造微

6、接触成像仪，成功地应用择器、时序控制逻辑、A／D转换器、数据总线输出接于细胞检测【51。Chih—LinLee等提出了高集成度、低口、控制接口等部分组成，通常集成在同一块硅片上。42该芯片还可集成其他数字信号处理电路，如自动曝光CMOS电子内窥镜的工作原理如图3所示，照明量控制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽光源通过滤色片，变成单色光，单色光通过导光纤维玛校正等，甚至集成具有可编程功能的DSP器件，直达电子内窥镜前部，再通过照明镜头照在受检体的形成图像处理系统。CMOS图像传感器工作过程一般器官

7、粘膜。器官粘膜反射光信号至非球面镜头，形成可分为复位、光电转换、积分、读出等。受检部位的光图像，CMOS图像传感器接收光图像，将此光图像转换成电信号，再由信号线传至视频处理系统，经信号处理(去噪、储存、再生)，显示在监控屏幕上。CMOS电子内窥镜可得到高清晰度图像，没有视野黑点弊端，易于获得病变观察区信息。器官粘膜蔷lr．．：囤图3CMOS电子内窥镜原理图Ir——]lIBBl3应用实例__J．．．．CMOS图像传感器具有高分辨率、低噪声、低暗图1CMOS图像传感器组成电流等特点，成为应用越来越广泛的低成

8、本传感器件。2基于CMOS传感器的电子内窥镜在医疗领域，CMOS图像传感器的应用包括电子内窥镜检查、一次性医疗产品监控、“药丸中的相机”等。电子内窥镜是新一代可视医疗产品，它将微型图下面分别介绍一次性可视腹腔穿刺器、一次性可视人像传感器装在内窥镜顶部代替光学镜头，通过电缆或流系统2个应用实例。光纤传输图像信息。电子内窥镜与光纤内窥镜类似，3．1一次性可视腹腔穿刺器有角度调节旋钮、充气及充水孔、钳道孔、吸引孔和在现代腹腔镜手术中，配套管穿刺是