（生物医学工程专业论文）一种用于无线内窥镜的图像工作站的研究与实现.pdf

重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i r e l e s se n d o s c o p ei s c a p a b l eo fe l i m i n a t i n gt h el i m i t a t i o n so fc o n v e n t i o n a lg i e n d o s c o p e s u b m i n i a t u r ec a m e r ac a p s u l ec o u l db es w a l l o w e di n t ot h ei n t e s t i n et ot a k e p h o t o g r a p h so fs p e c i f i ca n dn o n s p e c i f i cl o c a t i o n so ft h eg u l l e t ，s t o m a c h ，l a r g ea n d s m a l li n t e s t i n e s t h i si sag r e a ta d v a n t a g e i ti sb e t t e rt h a nt r a d i t i o n a le n d o s c o p e sm a t c a no n l ye x a m i n et h eu p p e ra n dl o w e rg it r a c t s t h i se x a m i n i n gm e t h o di sn o n i n v a s i v e a n dp a i n l e s s w h i c hi si n l i n ew i t hr e c e n tt r e n d st o w a r d sn o n i n v a s i v ea n dm i n i m a l l y i n v a s i v et h e r a p y t h e r ea r es o m ep r o g r e s so f t y p i c a lc a p s u l e s t y l em i c r o - s y s t e m s ，s u c h a sw i r e l e s se n d o s c o p e ，s i t es p e c i f i cd e l i v e r yc a p s u l e ( s s d c ) ，a l i m e n t a r yt r a c ts a m p l i n g c a p s u l e ，p hc a p s u l e p e o p l ec a nt a k eb e r e rt h e r a p yw i t h t h i sl e n i t i v et e c h n i q u e h o w e v e r , i ti sv e r yd i f f i c u l tt os o l v et h ep r a c t i c a b i l i t yo fw i r e l e s se n d o s c o p e ，b e c a u s eo f i t sp o w e ra n di m a g eq u a l i t y d u et ot h e s ef a c t o r s ，t h i ss t u d ya i m st or e d u c ep o w e ra n d i m p r o v ee f f i c i e n c yb ya d j u s t i n gf r a m ef o r m a t ，c o m p r e s s i n gr a t i o ，e t c a n dt h e b i - - d i r e c t i o n a la n dm u l t i - c h a n n e lm i n i a t m s z e dt e l e m e t r ym o d u l ef o rw i r e l e s se n d o s c o p e w a sd e v e l o p e dt o i m p r o v et h ep r a c t i c a b i l i t y t h e w h o l es y s t e mh a st h r e e p a r t s ， e n d o s c o p e p o r t a b l ed e v i c ea n di m a g ew o r k s t a t i o n t h i sp a p e rd i s c u s e st h er e s e a r c ho n t h ei m a g ew o r k s t a t i o n t h ei m a g ew o r k s t a t i o nh a st h r e ep a n s ：r e a l - t i m ec o m m u n i c a t i o n i m a g ed e n o i s i n g a n dm a n a g i n go ft h ei n f o r m a t i o n i nt h e p a r t o fr e a l t i m e c o m m u n i c a t i o n ，f r a m ef o r m a to fd e c o d e r , c o m p r e s s i n gr a t i o ，t r a n s m i t t i n gs p e e da n d s l e e p i n gm o d e la r ec o n t r o l l e db yc h a n g i n gs o m ep a r a m e t e r sa c c o r d i n gt oo u rn e e di n d i f f e r e n ts i t u a t i o n s t h e c o m p u t e r c o m m u n i c a t e sw i t ht h ep o r t a b l ed e v i c ea n d e n d o s c o p eb yu s b t h i sp a p e rd e s c r i b e sac o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb e t w e e nc o m p u t e r , p r o t a b l ed e v i c ea n de n d o s c o p e , a n dd e s c r i b e st h ed a t af o r m a ti nt h et r a n s m i s s i o n i nt h e t r a n s m i s s i o n ，i m a g e sh a v et ob ep o l l u t e db yn o i s e t h i sp a p e rs i m u l a t et h er g bi m a g e t h a tm i x e dg a u s s i a na n ds a l t & p e p p e rn o i s ea st h ei m a g ec o m e sf o r me n d o s c o p y i n o r d e rt oh a v et h ec l e a ri m a g e s ，t h i sp a p p e rh a ss o m ee x p e r i m e n t st od e n o i s e a tl a s t ，i t d e s c r i b e san e wm e t h o df o rd e n o i s i n go ft h er g bi m a g et h a tc o r n sf o r me n d o s c o p e t h en e wm e t h o du s e sw a v e l e tt r a n s f o r mt h e nm e d i a nf i l t e r i n g t h i sm e t h o dh a st h e a d v a n t a g e so fw a v e l e tt r a n s f o r ma n dm e d i a nf i l t e r i n g 1 1 1 em e t h o dc a ni m p r o v et h e i m a g eq u a l i t ya n dh a sb e t t e rv i s u a lr e s u l t s i t s e f f e c ti s b e t t e rt h a np u r ew a v e l e t t r a n s f o r mo rp u r em e d i a nf i l t e r i n g i ti sa ni d e a ld e n o i s i n ga l g o r i g h mf o rr g bi m a g e s i n c l u d i n gm i x e dg a u s s i a na n ds a l t & p e p p e rn o i s e t h ep a r to fm a n a g i n go ft h e 重庆大学硕十学位论文 英文摘要 i n t b r m a t i o nc o n t a i n st h r e em o d u l e s ，m a di tu s e ss q ls e r v e ra sb a c kd a t a b a s ea n da d o a st h et e c h n i q u ea c c e s s i n gd a t a b a s e t h e s em o d u l e sc o n t a i nt h eb a s i cm e s s a g em o d u l e ， t h ei m f o r m a t i o no fi m a g e sm o d u l ea n dt h ei r a f o r m a t i o no fc a s eh s t o r ym o d u l e i th a s t h ef a c t i o no f a c c e s s i n ga n d i n q u i r i n ga l lt h ei m f o r m a t i o n t h es t u d yh a sd e m o n s t r a t e da u n i q u ea n db e t t e ra p p r o a c ht om i n i s ht h ed i m e n s i o no fe n d o s c o p e i ta l s or e p r e s e n t sa s i g n i f i c a n ta d v a n c e m e n ti ni n t e s t i n et h e r a p y as u c c e s s f u la t t e m p th a sb e e nm a d et o a c q u i r eb e t t e rd a t aw i t ht h ea i do ft h i ss y s t e m t h es y s t e mh a ss e v e r a li m p o r t a n t a p p l i c a t i o n si nm e d i c i n e ，a n dp e r h a p st h em o s ts i g n i f i c a n to n ei st h es l e e p i n gm o d e l ， w h i c hc a l lb ec o n t r o la s y o u rw i s h ，t h ee n e r g yw a ss a v e da n dc a p s u l e - s t y l e m i c r o s y s t e m sa l s oc a nb eu s e dw i d e l yi nb i o m e d i c i n ee n g i n e e r i n gw i t hi t k e y w o r d s ：w i r e l e s se n d o s c o p e , u s b ，i m a g ed e - n o i s e ，d a t a b a s e i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同t 作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表卅谢意。 学位论文作者签名：粜醅 签字日期： 卅年厂月夕e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 沧文被查阅和借阅。本人授权重迭盘堂可以将学位沦文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩e 1 j 或扫描等复制于段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( v ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“d ”) 学位论文作者签名：粜磺 翩繇彭身t 雌 签字日期： 2 1 年f 月7 e l 签字日期：彻7 年6 月( 7 日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出及研究意义 1 1 1 问题的提出 小肠是消化管中最长的一段，成人全长5 7 米，上端从幽门开始，下端在右 骼窝与大肠相接，可分为十二直肠、空肠和回肠三部分。小肠主要负责食糜的运 输、消化、吸收，是人体最重要的营养吸收器官。其功能是进一步消化来自胃的 食糜，并吸收营养物质进入血液和淋巴。小肠有节律的分节运动，使食糜与消化 液充分混合，使酶充分发挥化学分解作用，使食糜与小肠壁紧密接触，利于吸收。 小肠的蠕动能把食糜向大肠方向推进，微弱的逆蠕动又可防止食糜过早通过回盲 瓣进入大肠，有利于食物的充分消化吸收。 可见，小肠如果发生疾病，就会引起机体营养的严重紊乱和体液平衡失调。 但是小肠远离口腔和肛门，是整个肠道中最难被检测的部分，因此对小肠疾病难 以做出正确的诊断，容易误诊。 目前对于小肠疾病的诊断，一般首先应根据临床表现，结合胃、结肠镜排除 胃十二指肠球部以上消化道和结直肠病变。并且结合e c t 、d s a 、b 超、c t 等检 查设备帮助进行诊断。 小肠镜检查是小肠疾病诊断的主要手段之一，推进式小肠镜可通过屈氏韧带 进入空肠近端约5 0 e r a ，小肠镜对小肠疾病的诊断具有直观且可进行活检甚至作一 些镜下治疗等优点。2 0 0 1 年，y a m a m a t o 医师发明了双气囊小肠镜后，使小肠疾患 诊治得到了极大改观，并在检查诊治中显示出其独特的优越性。在2 0 0 4 年于上海 召开的全国小肠疾病暨华东消化内镜学术大会上，推出了一种称为推进式双气囊 小肠镜”的检查方法，推进式双气囊小肠镜是在传统的推进式小肠镜的前端和外套 管远端各加用一气囊。为患者检查时，可根据临床需要交替使用气囊，从而使小 肠镜和外套管交替前进。其工作原理是运用外套管与内镜头端的气囊的交替膨胀 与收缩来固定小肠管壁，同时通过外套管和内镜的交替插入和将充气气囊的外套 管的收拉等操作，将小肠远侧肠段牵拉至近侧，使小肠呈同心圆样排列，如此反 复。通过经口和经肛门两种进镜方式，可以完成长达5 米的全小肠检查，并可以 取活检、开展内镜下治疗、协助外科手术定位，使原先常规内镜无法抵达的小肠 部位和无法检查出病变的问题得到了改善【l j 。 但是推进式双气囊小肠镜仍然存在普通管道式电子内窥镜的常见缺点和不 足。由于小肠处于消化道深处、迂回曲转，使进镜和观察很困难，且内窥镜的植 入过程采用人为植入，操作技术要求高，操作时间长，可能对人体内部软组织造 重庆大学硕士学位论文1 绪论 成擦伤和拉伤。并且由于内窥镜的左右摆动和扭曲等大幅度体内动作使病人蒙受 很大痛苦，甚至有些病人因恐惧而放弃检查，且不适用于老年、体弱和危险等病 人。此外，推进式内窥镜用于消化疾病检查时病人会有感染上传染性疾病的风险， 如肝炎、a d i s 病等。为了控制这种风险，病人需要进行传染性疾病的检查，如 h 、乙肝5 项等，从而给病人带来很大的不便。 用内窥镜技术对病人进行检查，不管是上消化道还是下消化道均采取机械插 入式的方法，给病人带来不适或痛苦，有时甚至需在麻醉下进行。由于其光学特 性和视角的限制，对消化系统非形态性改变的隐性出血、贫血、炎症等也难以有 明确诊断。常用的钡剂造影方法一般也只能检测溃疡病灶或实质性瘤体等，而不 是直观式诊断，而且操作繁杂。 伴随着微电子技术、m e m s 技术、机器人技术、无线通信等技术的发展，胶 囊式诊疗微系统成为近年来消化道微创诊疗中的研究热点。相对传统的推进式内 窥镜，无线式胶囊内窥镜在检查过程中无创伤、痛苦小，不影响日常生活，符合 国际生物医学工程领域所倡导的微创和无创外科手术的发展趋势。无线内窥镜通 过吞咽胶囊，可以对食道、胃、小肠和大肠进行特定和非特定位置图像拍摄和分 析，从而对整个消化道进行检测，具有直观、准确、快速、经济等特点。并且胶 囊为一次性使用，无交叉感染的风险，有益于提高人民的医疗保健质量。 1 1 2 国内外研究现状 随着人民的生活水平的提高，人们更加关注身体健康和大众医疗保健，国家 也在大力推动数字化医疗设备的发展。各学科的迅猛发展、交叉、融合，又为新 的医学仪器的出现提供了条件。 1 9 8 3 年，美国w e l c h a l l y n 公司研制成功了电子内窥镜，使内窥镜技术跨入电 子时代。电子内窥镜的应用使消化道疾病的诊治取得了划时代的进步，医生不仅 可以从计算机屏幕上清楚地看到体内病变组织以便直接将其切除和取样，也可将 上述图像进行输出、存储以便进一步诊断和处理。但是，传统的管状推进式内窥 镜( p u s he n d o s c o p i e s ) ) 羽于消化系统检查时，会给病人带来很大的不便。 目前，走在世界前列的有以色列的g i v e ni m a g i n g 公司和日本的r f 实验室。 最早的雏形出现在1 9 9 4 年，日本科学家n a k a h a r a 和他的同事设计了一种胶囊内镜， 大小为2 9 x 5 0 x 1 6 m m ，体积较大，并且通过剖腹手术的方式将胶囊内镜固定在了 一条狗的胃内，试验了图像无线传输的可能性。1 9 9 9 年1 月以色列g i v e n i m a g i n g 公司研制成功了世界上第一个可吞咽的无线胶囊内镜，于2 0 0 1 年5 月率先推出 m 2 a 无线电内窥镜系统，并己于2 0 0 1 年8 月1 日获得美国f d a 认证，其生产的 m 2 a 胶囊已进入临床使用。日本r f 公司早在2 0 0 1 年公开其研发的n o r ( a 3 胶 囊内窥镜的原理样机。2 0 0 4 年1 1 月3 0 日，日本o l y m p u s 公司推出了o l y m p u s 胶 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 囊。此外，以美国为主的国家也开始了人体腔道微诊疗系统的研究，欧洲部分国 家，如瑞士、德国，韩国三星也开展该领域的研刭2 1 。 国内起步晚，总体水平落后。上海交通大学是我国在该领域起步较早的，他 们在主动引导式内窥镜方面进行了研究，开发出了药丸式微型机器人样机。清华 大学研究的是双向数字式无线内窥镜，是一种双向无线通信可控且可实时观察图 像、全数字且全消化道检查的双向数字式无线内窥镜系统，含有无线收发数字式 内窥镜摄像装置，便携式无线接收与数据传输装置以及计算机控制与处理装置， 在无线收发数字式内窥镜摄像装置内设有可调视角的摄像头、可调焦距的光学镜 头以及发光照明结构，这种无线内窥镜研究的关键是用m e m s 技术和a s i c 技术 微型化胶囊内部的相关模块。中国科学院合肥智能机械研究所传感国家重点实验 室重点研究的是无线微型机器人肠道内窥镜系统中图像采集与无线传输子系统， 并能清晰传输图像。北京3 0 1 医院在无线内窥镜方面进行了研究，重庆大学与重 庆m e m s 公司联合进行了无线内窥镜方面的前期研究。不过在无线内窥镜研究方 面最终取得突破的还是重庆的金山公司。金山公司研究的无线内窥镜基本上是仿 照以色列的m 2 a 无线内窥镜，胶囊的内部结构和功能都和m 2 a 胶囊十分相似。 2 0 0 4 年6 月1 2 日，由重庆金山科技( 集团) 有限公司研制的傲囊内窥镜，在重庆 通过了国家 8 6 3 专家组的验收，现正在进行临床实验1 2 。 总体而言，我国在人体腔道微型诊疗系统领域的研究起步较晚，总体水平落 后，在知识产权领域更处劣势。但随着技术的发展，许多新技术，特别是m e m s 技术的应用，使得以往的工作原理、设计方法等发生了很大的变化，并且近几年 国内已经意识到其实用价值，正逐步投入更多的人力物力去开发研究，进而已经 形成了一个研究高潮。 1 1 3 研究的意义 医用无线内窥镜系统具有重要的临床应用价值和商业价值。随着无创医疗技 术的发展，无线内窥镜成为人体胃肠道微诊疗系统的重要分支之一，也是消化道 内窥镜系统的研究热点。目前全球只有以色列在临床使用无线内窥镜系统，使用 外国的产品检查费用非常昂贵，我国自行开发的产品一旦进入市场后，将大大降 低检查的成本，使数千万胃肠道疾病患者受益。本文阐述的无线内窥镜胶囊图像 工作站根据本课题的设计要求，能实时调整胶囊工作参数，也可以使医生能够在 计算机屏幕上查看清晰的图像，而且还能方便地对患者信息、病历信息和图像信 息进行查询、修改和更新，有利于实现医院规范化管理。 1 2 本课题研究的内容和目标 整个基于j p e 9 2 0 0 0 的按需式无线内窥镜系统由胶囊内窥镜、便携式接收装置 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 和图像浏览工作站三部份组成。胶囊内窥镜中的数字图像传感器拍摄图像，通过 f p g a 或d s p 进行压缩后由发送接收模块单元发送出去，便携式接收装置的接收 模块采集到数据进行存储和显示，并通过u s b 通信模块与上位机接口，在图像浏 览工作站中进行病灶勾勒和分析处理等。 通过以上分析表明，无线内窥镜系统需要一种功能强大、使用方便的图像接 收软件来准确地查看胶囊内窥镜在体内所拍摄到的图像，使医生的诊断过程便捷、 直观、经济，并且在发现病变时能让患者及时就医，从而更好地保护人们的身体 健康。本文提出了一种基于v e h 和s q l s e r v e r 2 0 0 0 开发的图像工作站设计方案， 使图像工作站具有能通过u s b 接口实时地分析处理图像，调整胶囊参数；在离线 状态下查看图像，更新病历的特点，以满足患者和医生的需要。 本文将其分为三个模块来设计：实时通信模块、图像处理模块、数据库模块。 论文主要工作如下： 研究图像工作站整体设计方案，完成需求分析。 设计实时通信方案。设置u s b 端口，提出握手协议和数据传输格式。通过 u s b 接口，对摄像胶囊的参数进行实时设置。可设置的参数包括：其工作与休眠( 低 功耗谳态；图像格式；压缩质量；图像传输速率。 设计图像浏览模块。此模块用以浏览图像，其主要功能为：图像单帧浏览、 视频回放等；对图像进行几何变换及对图像进行去噪增强。 设计信息管理模块。此模块通过建立数据库，实现对患者信息、医生信息、 内窥镜信息、图像数据及医生诊断书进行更新、删除、查询等功能。 4 重庆大学硕士学位论文2 需求分析 2 需求分析 需求分析虽然处于软件开发过程的初期阶段，但它对于整个软件开发过程以 及软件产品质量是至关重要的。需求分析阶段应该对系统的整个应用情况做全面、 细致的调查，确定需求目标，收集支持系统设计目标的基础数据和对这些数据的 要求，确定用户的需求。 需求分析的基本任务是对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。需 求分析所要做的工作就是深入描述软件的功能和性能，确定软件设计的限制和软 件同其他系统元素的接口细节，定义软件的其他有效需求。 2 1 图像工作站运行支持环境 操作系统：w 协d o w s 操作系统 中央处理器：主频9 0 0 m h z 以上 硬盘：4 0 g 以上 内存：2 5 6 m 以上 显卡：显存8 m 以上 彩色显示器：1 47 以上，1 0 2 4 7 6 8 分辨率 打印机：高分辨率彩色喷墨 接口：u s b 接口 2 2 数据流程图 图像工作站的图像数据流程图如图2 1 ： 图2 1 数据流程图 f i g2 1 t h ef l o wc h a r to f d a t a 5 重庆大学硕士学位论文2 需求分析 图像的采集首先是通过无线胶囊的图像传感器采集肠道中的图像，然后将 图像用射频信号传输到便携式设备，在便携式设备中，可以通过u s b 接口直接传 输至计算机或者将图像存储在s d 卡中，再将s d 卡接入计算机进行读取。 图像经过传输，会受到噪声影响，为了让医生能清晰的看到图像，准确的 进行分析，就需要对图像进行去噪增强处理。 图像处理分析后，将图像和对应的患者信息与病历信息存储到数据库中， 方便医生随时查询相关图像和病历信息。 2 3 功能描述 对系统进行功能模块划分：数据通信模块，图像处理模块，数据管理模块， 系统功能模块。 数据通信模块：通过u s b 接口与便携式设备和胶囊通信，在线浏览图像， 实时地设置图像的解码格式、压缩比、传送速率和系统的休眠模式等参数，以节 约功耗和提高图像的质量。 图像处理模块：对图像进行预处理。图像在查看分析中，根据实际需求， 对图像进行缩放和转置处理；图像在传输过程中可能会受到噪声污染，为了能得 到更加清晰的图像，运用图像去噪算法对图像进行去噪处理。 数据管理模块：将处理后的含有病灶的图像进行存储，医生对这些图像进 行诊断分析，作出诊断书得到病历。在此模块中分信息管理模块、图像信息管理 模块和病历信息管理模块三个模块，对患者信息表、医生信息表、科室表、内镜 信息表、图像索引表、图像信息表和病历表七个表的内容进行管理。对图像进行 添加、删除和查询，以及对患者信息、病历数据进行添加、修改和查询。 系统功能模块：本系统是完成图像的浏览功能：对图像的单帧浏览、视频 播放、图像的存储、图像打印，以及对病历打印。 2 4 开发软件的选择 2 4 1 系统开发软件v i s u a lc + + 6 0 系统采用v c + + 6 0 软件编程实现。v c + + 是m i c r o s o f t 公司的产品，是基 于w i n d o w s 平台的可视化开发环境。具有运行速度快、占用内存小、功能强大、 灵活性好、完全可扩展、底层开发等优点，它的执行速度和对操作系统的访问权 限之高，是其他许多编程工具所无法比拟的。 v i s u a lc + + 6 0 提供了多种多样的数据库访问技术d o b ca p i 、m f c o d b c 、d a o 、o l ed b 、a d o 等，这些技术各有自己的特点，但都提供了简单、 灵活、访问速度快、可扩展性好的开发技术1 3 】。 6 重庆大学硕士学位论文2 需求分析 简单性 v i s u a lc h6 0 中提供了m f c 类库、a t l 模板类以及a p p w i z a r d 、c l a s s w i z a r d 等一系列的w i z a r d 工具，用于帮助程序员快速的建立应用程序，大大简化了应用 程序的设计过程。使用这些技术，只需编写很少的代码或不需编写代码就可以开 发一个数据库应用程序。 灵活性 v i s u a lc h6 0 提供的开发环境可以使程序员根据自己的需要设计应用程序的 界面和功能，v i s u a lc + + 6 0 还提供了丰富的类库和方法，程序员可以根据应用程 序的特点进行选择。 访问速度 为了解决o d b c 开发的数据库应用程序访问数据库速度慢的问题，v i s u a lc + + 6 0 提供了新的访问技术o l ed b 和a d o ，o l ed b 和a d o 都是基于c o m 接口的技术，使用这种技术可以直接对数据库的驱动程序进行访问，这大大提高 了对数据库的访问速度。 可扩展性 v i s u a l c + + 6 0 提供了o l e 技术和a c t i v e x 技术，这种技术可以增强应用程序 的能力。使用o l e 技术和a c t i v e x 技术可以使程序员利用v i s u a lc + + 中提供各种 组件、控件以及第三方程序员提供的组件来创建自己的程序，从而实现应用程序 的组件化。使用这种技术可以使应用程序具有良好的可扩展性。 访问不同种类数据源 传统的o d b c 技术只能访问关系型数据库，在v i s u a lc _ h 中，提供了o l ed b 访问技术，不仅可以访问关系型数据库，还可以访问非关系型数据库。 2 4 2 数据库开发软件s q ls e r v e r t 4 j 常见的数据库s q ls e r v e r 、m i c r o s o f to r a c l e 、s y b a 、d b a s e 、f o x b a s e 、m i c r o s o f t f o x p r o 以及m i c r o s o ra c c e s s 等。其中s q ls e r v e r 、o r a c l e 、s y b a s e 用于大型数据 库应用系统。d b a s e 、f o x b a s e 、f o x p r o 、a c c e s s 主要用于中小型数据库应用系统。 s q ls e r v e r 是一种关系型数据库。它除了支持传统型数据库对象( 如数据库表) 和特性( 如表的j o i n ) 外，另外也支持现今关系型数据库常用对象如存储过程( s t o r e d p r o c e d u r e ) 、视图( v i e w ) 等。另外，它支持目前关系型数据库必定要支持的标准查 询语言s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 。s q ls e r v e r 另外一个重要特点是它支持 数据库复带l j ( r e p l i e a t i o n ) 的功能，也就是当你在一个数据库复制更新时，可以将其 更新结果传到远程s q ls e r v e r 相同的数据库上，让两边数据库同步。 s q ls e r v e r 能稳定的运行于w i n d o w sn t 上，是一种在w i n d o w sn t 上的数据 库的很好的解决方案。它在现今流行的c l i e n t s e r v e r 结构中扮演的是服务器端 7 重庆大学硕士学位论文2 需求分析 ( s e r v e r 端) 角色。它的主要职责是存储数据和提供一套方法来管理这些数据，并且 应付来自c l i e n t 端的连接和数据存取要求。s q ls e r v e r 在同其他的w i n d o w s 操作 系统下的数据库相比具有明显优势。具体表现在： 操作系统需求低：以前的版本一定要在n ts e r v e r 上运行，7 0 版以后除 了支持n ts e r v e r 以外，还支持w i n d o w s9 8 9 5 ，w i n d o w s 2 0 0 0 等。 网络成本低：由于s q ls e r v e r 是客户机服务器结构，对于一般的公司许 多用户都是安装的g r m d o w s2 0 0 0 的情况下，只要安装一台数据库服务器，就可以 很方便的从用户端连接数据库。 功能与速度：s q ls e r v e r 2 0 0 0 中的o l a p ( o n - - l i n ea n a 州c a lp r o c e s s i n g ) 服 务，在管理上提供了数据库与日值文件自动增长的功能，如果数据库越来越大， 则只要没有超过操作系统或磁盘的限制就可以继续增加，而且也支持r a i d ( 磁盘 阵列) 、聚组复原以及在线备份等功能，使管理更容易。 价格便宜：s q ls e r v e r 2 0 0 0 价位适当，分为标准版、开发版、企业版和个 人版四种，客户可依照需要选购。 操作简单：s q l s e r v e r 操作界面相当简单，具有图形化的用户界面，使系 统管理更为直观简单。 分布式服务器可集中管理：如果同时有好几台s q ls e r v e r ，可以很方便的 将这些分散的服务器，集成在一个窗口界面中管理，这对于需要管理数个s q l s e r v e r 的管理员来说，更是一个相当好的功能。s q l s e r v e r 和前端连接主要靠网络， 所以网络设定必须正确才能使它正常运行。在网络协议方面，s q ls e r v e r 可经由 t c p i p ，n e t w a r e ，n a m ep i p e 和n e t b i o s 等通讯协议和前端连接( w i n d o w sf i t 操 作系统支持这些协议) 。至于前端应用程序( 可用d e l p h i 开发出来) 则是依靠标准 的o d b c 或o l ed b 数据库驱动程序和下层的d b 1 i b r m y 网络程序( s q ls e r v e r 本 身提供) 和s q ls o r v e r 相连。 s q ls e r v e r 是c s 结构的，但是由于本论文是在实验室开展的实验阶段，条 件有限，采用的是个人版的服务器客户端。 2 4 3v i s u a lc 4 - 4 - 6 0 的数据访问技术【5 】【6 】 v i s u a lc h6 0 提供多种数据库访问技术：o d b c 、d a o 、o l ed b 、a d o 等。 开放式数据库链接o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) ：是目前在w i n d o w s 应用程序中应用最广泛的数据接口。o d b c 是客户应用程序访问关系数据库时提 供的一个统一的接口，对于不同的数据库它提供了一套统一的a p i ，应用所提供的 a p i 可访问任何提供了o d b c 驱动程序的数据库。目前所有的关系数据库都提供 了o d b c 的驱动程序，所以它基本上可用于所有关系数据库。由于采用a p i 技术， o d b ca p i 可以从较低层次设置和控制数据库，完成一些其他高层数据库技术无法 重庆大学硕士学位论文2 需求分析 完成的底层功能。尽管o d b c 是应用最多的访问数据库的方式，但局限于关系数 据库，并且由于o d b c 访问数据需要数据源，所以访问速度慢，同时o d b c 的使 用需要很多部件支持，当一个系统移植到另一个系统时，即需要重新注册数据源， 而且要移动很多部件。 m f c 的数据库类( o d b c 和d a o ) ；m f c 的数据库类是一种最容易使用 的数据库接口。m f c o d b c 本质上是o d b c ，v c + + 提供了m f c o d b c 类，封装 了o d b c a p i ，这样编制程序更加方便，无需了解o d b c a p i 的具体细节，只需要 了解该类的一些属性和方法就可访问数据库。 d a o ( d a t aa c g , g s so b j e c t ) 数据访问对象，是允许程序员操作m i c r o s o f tj e t 数据库 引擎的一个面向对象的接口，它提供了一种通过程序代码创建和操纵数据库的机 制。d a o 包括了o d b c 类的绝大部分功能并且新增了许多功能。使用d a o 不需 要登录数据源，通过o l e 对象来实现的，而o d b c 是通过一套d l l 驱动程序来 实现的。d a o 支持以下几种数据源： 1 ) m i c r o s o f tj e t 型数据库文件，即基于微软的m d b 类型数据库的数据库应用 程序，该数据库是通过a c c e s s 生成的。 d a o 可对o d b c 数据源进行操作，但性能并不是很好，可以选择使用 o d b c d i r e c t 。o d b c d i r e c t 可以直接访问o d b c 数据源，而不是通过j e t 引擎。 3 ) i s a m 型( 索引顺序访问方法) 数据源，包括d b a s e 、f o x p r o 、p a r a d o x 、b t d e v e 、 e x g c e l 或文本文件。 d a o 可直接利用j e t 数据库引擎访问数据库，所以速度比o d b c 快。但是， 从v i s u a l c + + n e t 起，v i s u a l c + + 环境和向导不再支持d a o ，d a o 只用于维护现 有的应用程序。 m f cd a o 是对d a o 的封装。通过v i s u a l 供的m f cd a o 类，可方便 地访问m i c r o s o f t j e t 数据库。 o l ed b ( o b j e c tl i n ka n de m b e d d i n gd a t a b a s e ) ：针对数据更新不及时，空 间资源冗余和访问效率低等问题，m i c r o s o f t 开发的一种高性能的，基于c o m 的 数据库技术的数据库访问技术。0 l ed b 通过使用支持某一给定数据源相应的 d b m s 功能的c o m 接口，使得对数据源的通用访问成为可能。但o l ed b 属于 数据库访问技术中的底层接口，仍需编制大量代码的应用程序。由于o l ed b 提 供了包括关系数据库和非关系数据库在内的所有文件系统的统一接口，所有o l e d b 技术比传统的数据库访问技术更加优越，而且速度很快。 a d o ( a e t i v e x d a t a o b j e c t ) ：是基于o l e d b 的访问接口，它对o l e o b 的 接口作了封装，定义了a d o 对象，属于数据库访问的高层接口。由于它封装了 o l ed b 接口，所以它继承了o l ed b 的优点。a d o 提供了访问各种数据库的统 一手段，它可以处理任何类型的数据，即可以应用于关系数据库和非关系数据库。 9 重庆大学硕士学位论文 2 需求分析 a d o 功能强大，易于使用，速度快，内存支出少，并且支持c l i e n t s e r v e r 模式， 具有远程数据服务r d s ( r e m o t ed a t as e r v i c e ) 的特性，是远程数据存取的发展方向。 表2 1 数据库客户端技术的性能比较i 6 1 o d b cm f c o d b cd a oo l e d ba d o 能否访问非关系型数据库否否否能能 访问速度慢慢不一定 快快 数据库服务器执行开销小一般大很小一般 底层控制能不能不能 能不能 功能，代码比低一般高低高 2 5 本章小结 本章进行了简要的需求分析，并且对图像工作站所采用的软件进行介绍。基 于以上的分析，本课题设计的图像工作站采用v i s u a lc + + 6 0 作为前端开发工具， s q ls e r v e r 数据库开发工具作为后端开发工具，并且使用了a d o 数据访问方法提 高访问速度。 1 0 重庆大学硕士学位论文3 实时通信 3 实时通信 为了减少胶囊的功耗，保证图像的质量，需要计算机通过u s b 接口对便携式 设备发出控制命令，并由便携式设备向胶囊发出指令，进行相应的参数调整。调 整好胶囊的参数，使图像的质量能够达到满意的程度后，可以脱离实时传输状态， 被检测者只需要戴上类似背带的便携式装置，就可以进行自由的活动，当胶囊检 测完整个肠道，排出体外后，再将便携式装置拿到医院作诊断。 3 1u s b 接口 u s b o j n i v e r s a ls e r i a lb u s ) 是一种通用串行总线。它是由i n t e l ，c o m p a q ，d i g i t a l ， m m ，m i c r o s o t t ，n e cn o r t h e r nt e n l e c o m 等七家世界著名的计算机和通信公司等共 同推出的新一代接口标准。它是为了解决日益增加的p c 外设与有限的主板插槽和 端口之间的矛盾而指定的一种串行通信标准。 随着u s b 技术的快速发展，u s b 的传输速度也越来越快，使用起来可靠性比 较高。只要有软件的支持，同一个u s b 设各就可以在任何一种计算机体系中使用， 可以作为计算机和便携式设备之间的通信接口。尤其当传输速率高达4 8 0 m b i t s 的 u s b 2 0 规范面世后，u s b 应用更加广泛。采用u s b 传输线和u s b 接口来实现数 字图像的传输，这种方式可靠性高，过程相对简单。它具有以下优点【7 j ： 适用于多种外设，使它不需要为不同的外设准备不同的接口和协议； w i n d o w s 能自动检测到u s b 设备的热插拔，并自动配置； p c 机上i r q 线非常紧缺，而u s b 设备并不需要用户设置端口和i r q ，故 无论从用户使用的方便性，或从对资源的占用方面看，u s b 都很优秀； 当接入一个u s b 设备时，全速u s b 接口可达1 2 m b i t s ，考