內視鏡膠囊領軍　電子醫療步入微型化

早在2000年5月，就有業者發表了將內視鏡膠囊運用於動物實驗的結果。而其結果一經揭露，便對全醫界造成強大衝擊。主要原因是，早先的醫療設備與裝置多以「體外」為主要研發方向；但上述實驗不但突破了舊有的框架、步向「體內」發展，也為未來醫療電子產業的演進開啟了嶄新的一頁。  

已經實用化的小腸內視鏡膠囊，在吞下後8小時內就可以完成攝影，最終再透過排便的方式將其排泄。由於可以透過無線訊號進行傳遞，也大幅度減少了干擾用戶工作或作息的可能性。  

內視鏡膠囊技術先進　各式零組件至關重要  

一般來說，內視鏡膠囊內部支撐的先端電子技術包括框體、鏡頭與鏡頭的支撐部分、照明發光二極體(LED)、取像元件電荷耦合元件(CCD)或是互補式金屬氧化物半導體(CMOS)感應器、鈕扣型電池、數位訊號處理器(DSP)或特定應用積體電路(ASIC)、無線傳送模組與天線等。為了配合小腸的外徑約30毫米，目前已問世的小腸用內視鏡膠囊(圖1)外部直徑則皆是11毫米。

資料來源：Fujifilm 圖1　已實用化之小腸及食道內視鏡膠囊，尺寸縮小至外徑11毫米、長度26毫米。

由於相機部分在膠囊前進之際，會在前頭。因此，重心的平衡是設計上的重要工夫。驅動是仰賴人類消化器官的蠕動運動(目前的產品沒有馬達驅動源)，因此從吞食通過小腸到結束，約需8小時。  

至於所搭載的氧化銀電池(Silver-oxide Battery)，配合驅動的時間以及電流的消耗，而採用特殊的規格。在這裡的氧化銀電池其實就是銀鋅電池(Siliver-zinc Battery)，多做成鈕扣般大小。  

資料的通訊，則是採用低電力的無線通訊方式，來逐次將攝影的畫像送到體外的接收器(圖2)。目前的攝影速度約是每秒兩張。完整的攝影將需約數GB之大小。至於取像元件的選用，CMOS感應器與CCD皆可行。

資料來源：Given Imaging 圖2　內視鏡膠囊拍攝影像範例

另外，由於器官內極為黑暗，因此需要照明用途的LED(圖3)。部分廠商採用具備自動調光的機能，能夠依據器官內的明亮度來調整CCD的增益，自律性地控制來取得最佳品質的畫像。至於外部之接收，則採用各式無線通訊接收器以達成。

資料來源：Techon 圖3　奧林帕斯內視鏡膠囊之構造

投入業者雖有限發展潛力仍旺盛  

目前內視鏡膠囊的未來發展仍充滿想像空間。各業者包括RF System、InterMedic、Chongqing Jinshan Science & Technology等業者都已摩拳擦掌。  

若是從技術面經驗累積的軌跡來推敲，可以看見內視鏡膠囊也走向高度整合的方向。舉例來說，如目前僅在通訊的階段多所著墨，而隨著各種電電子元件的微型化、新機能的感應器或機構零件的開發、低電力技術、電池新技術、高密度的實裝技術等，皆是可引起變化的重大因素。  

另外，觀察器官的多元化及更多的額外機能，就可以推斷未來可能追加功能以及支撐的必要電子技術。例如Given Imaging已經開發出適用大腸與食道的內視鏡膠囊。而食道用與大腸用內視鏡膠囊亦已陸續取得使用許可。  

由於小腸以外的器官較寬，攝影範圍亦較廣，因此需要較大的內視鏡膠囊。但患者也不可能願意吞食過大膠囊，因此就需要視訊率(Frame Rate)的提升以及視野角度的擴大。  

Given Imaging已在膠囊的兩端安置相機，前者每秒每一相機拍攝九張畫像，合計十八張、後者合計四張。而RF System的新開發對策，是將相機擺置在膠囊的中央部分，相機一邊迴轉一邊照相，攝影取像的範圍較廣。  

至於如胃部等大型器官，由於膠囊太小，難以發揮功效，因此就須要讓膠囊自在移動。而目前可行的技術是依據磁力的位置控制技術。  

另外，從技術面來說，更小型化而須要突破的瓶頸在於電池。目前小腸用內視鏡膠囊採用了兩顆鈕扣電池，大腸內視鏡膠囊則採用了三顆。  

另外，也有另一種作法，就是隔空供電，利用無線來提供電力。如利用共振線圈來無線提供電力就是一例(圖4)。實際的作法是，患者於檢查時所穿的夾克會安置有線圈，放出數M～數十MHz的頻率，允許膠囊從相同頻率取出交流電流。

資料來源：Nano-tera 圖4　RF System第二代的內視鏡膠囊Sayaka乃採用無線充電技術

值得一提的是，RF System所開發的內視鏡膠囊，不單是無線給電；而且還開發相機迴轉的攝影機構。從被照體可以獲得更鮮明的影像。  

從以上各式技術可以看出，透過微型化電子技術，不但可以為一般的數位生活帶來更多便利，也同樣可以在醫病領域提供絕佳解決方案。