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高階醫療產業的引信
作者：黃科志
資料來源：中科院
膠囊內視鏡系統可說是人類檢視約7公尺小腸病灶的最佳利器，也是進入高階醫療器材的切入點。此種系統已成為許多國家的重點研發項目。醫療保健產業擁有高度研發和知識作價的特徵，又具有精密、輕巧、安全、環保等訴求，雖被政府列為十大新興產業多年，但由於其具有產業關聯性大、技術層次高和認證時間長等特性，必須整合國家資源，以國家整體科技力量來發展，才有機會。台灣過去在半導體產業和資訊工業擁有極大的優勢，利用此優勢，加上國防現有之無線技術與系統技術來開發膠囊內視系統，整合業界資源，邁入高階醫療器材產業是相當有前景的。
膠囊內視鏡系統三要件
膠囊內視鏡系統主要包含三個部分，膠囊內視鏡、無線電接收機和影像顯示機。膠囊內視鏡含有照明裝置、取像裝置、無線電發射機和電池。膠囊內視鏡就像是一台非常精密的數位相機，大約只有一截小拇指的大小，最前端的白光LED，就像相機上的閃光燈；微小鏡頭以及CMOS影像感測晶片，可每秒拍攝兩張全彩相片。病患吞服膠囊內視鏡後，它隨著腸子蠕動緩慢前進，到最後排出體外，整個過程大約八個鐘頭，可拍攝到五萬七千張相片，忠實地紀錄整個消化道內的景象。這些影像資料藉由無線電發送器傳送到體外的接受器，並儲存在隨身聽大小的硬碟裡。只要將硬碟交給醫生連上電腦，即可以判讀小腸內是否有血管異常增生的現象，或是小腸腫瘤、寄生蟲等導致小腸出血，以及腹部疼痛不舒服的症狀。
膠囊內視鏡
本模組是全系統之核心技術所在，它包含所有縮裝元件，組裝在一個直徑11mm、長26mm的橢圓柱內，具有照明、拍攝和傳輸等功能。高像素的CMOS影像感測器，影像數據量相當龐大，傳輸影像的無線射頻模組必須具備高速無線傳輸功能。目前現有的技術尚無法滿足以上的功能需求，必須創新開發新的技術，諸如SoC技術、CMOS影像感測器的BGA新封裝技術、射頻無線高速傳輸技術以及全新的高階埋入式電路板技術，都是開發此產品的最大挑戰。
膠囊內視鏡必須進入人體，因此其外殼必須人體相容性高並具備高穿透性的光學性質，進入人體消化道後，可抗酸鹼，不會破裂，並提供高度的光學穿透性，以利發光二極體的照明和CMOS影像感測器的取像。
無線電接收機
無線電接收機主要接收膠囊無線電發射機傳來的射頻訊號，並予以放大、解調，恢復為影像感測器攝得的影像資料，由於影像資料相當龐大，無線電接收機必須擁有相當大的儲存容量。
影像顯示機
無線電接收機送出的影像資料是一串列資料，影像顯示機首先要以串/並轉換器將其改變為並列，並將幾個同步信號、時鐘信號取出來，如圖所示。影像感測器所拍攝的影像資料則是一幅幅龐大的影像檔，影像顯示機的第二個任務即為檔案壓縮。接著要將影像信號一張張地整理出來，並分別儲存於隨身模組的儲存裝置內。待醫師提出影像檢索需求時，再將儲存的資料送出。
至於顯像顯示機是為了提供醫生瀏覽儲存的畫面，以便診斷病情而研發的。先將檔案解壓縮、分類處理，再將時程、影像、快放、迴轉、暫停、選像功能等最方便醫師操作的人機介面寫成軟體，內植於一部伺服器電腦中。從隨身模組下載的影像資料先儲存於伺服器記憶裝置內，供播放軟體隨時取用。
技術的挑戰
因為小型電池須要維持約八小時以上的工作時間，故無線發射機之設計以低功率消耗為首要目標。其次，大量的影像資料須要即時傳送，所以無線發射機的傳輸速度要夠快。第三，小小的膠囊內包含供電、影像感測、照明、發射和天線，因此電路的縮裝也是一大挑戰。
醫學影像對品質之要求，向來是所有領域中最嚴苛的。本系統影像感測器既在體積、省電的限制下，不易有很好的品質，只能在影像處理作補強。此外，當醫師欲對某張影像拉近(zoomin)審視時，影像不予許有太大的失真，這些都有賴難度極高的影像處理技術以竟其功。在工作期間，接收機不斷地送出大量的影像資料，影像解壓縮必須作即時(realtime)處理，以免漏失資料。因此，高速、省電、體積必須同時兼顧。
膠囊內視鏡系統可說是人類檢視約7公尺小腸病灶的最佳利器，也是進入高階醫療器材的切入點。此種系統已成為許多國家的重點研發項目，包含以色列、日本、韓國和中國。