三维腹腔镜成像系统视频控制器设计与研发

摘要

在过去的几十年中，微创技术取得了很大进步，其主要目标是尽量减少手术期外围并发症，加快术后恢复，增强患者安全性等。腹腔镜微创手术已经成为当前众多疾病的标准治疗方案。相比传统的二维腹腔镜技术，三维腹腔镜使用双路成像系统和三维显示设备，大大改善了先前二维成像技术在深度信息上的缺乏，从而使得该技术在未来具有广泛的应用前景。
　　本文开展了三维腹腔镜成像系统视频控制器的设计研究工作，主要工作如下:首先，分析医生对三维腹腔镜的功能需求，搭建出系统的基本框架;接着，基于FPGA平台设计双通道CMOS图像采集电路，并进行数据处理;设计三维腹腔镜的高清实时视频显示接口;设计基于电容传感器原理的触摸式操作键盘;然后，基于NIOSⅡ软核处理器，开发图形用户界面，实现了界面控制功能;最后进行系统功能测试，并进行动物实验验证。
　　本文实现的三维腹腔镜成像系统实时处理能力达到720p@120 Hz，系统延迟约为1/30秒，具有完整的图形用户界面，并通过系统功能测试，为进一步1080p三维腹腔镜的研发打下了良好的基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 论文结构介绍

2 三维腹腔镜系统原理和总体框架

2．1 三维视频技术简介

2．1．1 三维视觉原理

2．1．2 三维显示技术概述

2．1．3 高清视频接口简介

2．2 系统总体框架

2．2．1 系统总体需求

2．2．2 系统框架组成

2．3 本章小结

3 系统硬件设计与实现

3．1 视频控制设计与实现

3．1．1 系统硬件框图

3．1．2 双通道CMOS图像采集

3．1．3 FPGA平台数据处理

3．1．4 高清视频接口的设计与实现

3．2 键盘设计与安装

3．2．1 触摸按键板设计

3．2．2 手柄与控制面板的设计与安装

3．3 本章小结

4 系统软件设计与实现

4．1 NIOS Ⅱ软核控制模块的实现

4．1．1 系统软件框图

4．1．2 NIOS Ⅱ软核实现

4．1．3 系统工作模式配置

4．2 界面控制实现

4．2．1 Flash模块的控制

4．2．2 界面操作手册需求

4．2．3 界面主控程序实现

4．2．4 程序的固化

4．3 本章小结

5 系统功能测试

5．1 三维图像显示

5．2 亮度和色彩

5．3 双画面对焦

5．4 系统配置功能

5．5 本章小结

6 系统临床测试研究

6．1 系统原型样机的集成

6．1．1 三维腹腔镜系统的安装与调试

6．1．2 三维腹腔镜系统的集成

6．2 动物实验

6．2．1 一般材料

6．2．2 手术情况

6．2．3 实验结果

6．2．4 讨论与总结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简历