1-2 研究動機
有鑑於此，本團隊與萬芳醫院以及群曜醫電科技這些年來一直對於磁控內視鏡 上做努力。目前研發的膠囊內視鏡已經在上消化道(胃鏡)取得相當好的成果，並於去 年(2019 年 9 月)上市，上消化道所使用的磁控器(Magnetic Field Navigator, MFN)為手 持式磁控器，運用在下消化道會有操作難度提高及時間較長等問題，故本團隊在這 幾年開發磁控內視鏡平台(MFN Platform)，用以取代手持式磁控器。
目前本團隊MFN Platform 為第二代機構，已可透過鍵盤或是操作搖桿對牽引磁 鐵進行控制，相比手持式磁控器，MFN Platform 可對馬達進行更精準的操控，也可 以使用電腦紀錄實驗相關數據，在軟體架構上，已整合各設備資料，如搖桿訊號輸
1-3 文獻回顧
本文著重點在於利用演算法以及控制策略將機台整合成一個半自動化的機構，故 在本節會介紹關於腸腔自動校正技術以及內視鏡自動牽引技術相關文章。
希臘克里特大學研究概況
在希臘克里特大學有一個團隊是模擬內視鏡的運動模式[1]，透過影像辨識以及 PD controller 將內視鏡鏡頭校正到中心點，他們將內視鏡中放置兩顆馬達作為推動以 及轉向，圖1-1[1]為該團隊在操作時的控制流程圖，以下簡單介紹之。
圖1-1 希臘克里特大學控制流程圖[1]
(a) 為控制流程圖(b)為經過腸腔檢測演算法所標示的影像 (a). Mechanical Simulator：
該團隊利用Matlab/Simulink 的 SimMechanics 工具箱，以圖 1-1(a)的形式採用雙 振動馬達進行建模，第一顆馬達負責推進力，m1 及 ω1 分別為其旋轉質量及移動速 度，第二顆馬達負責轉向，m2 及 ω2 分別為其旋轉質量及移動速度，在內視鏡的最前 端有一顆鏡頭，負責拍攝內視鏡的移動軌跡。
(b). Visual Simulator：
該團隊將已解剖的豬結腸組織影像經過紋理處理後導入此架構中作為此內視鏡 鏡頭影像。
(c). Image Understanding：
得到鏡頭影像之後，他們透過圖像分析演算法[2]將腸腔標記出來，另外在影像上 繪出直角坐標，並定義膠囊坐標為原點，如圖 1-1(b)所示，以此來分析出腸腔位置，
其中偏航角(Yaw angle)以 ψ，俯仰角(Pitch angle)以 θ 表示。
(d). Controller：
得到腸腔坐標之後，他們透過內視鏡的運動控制器改變Yaw angle 來進行校正， 坐標(0.5,8)的位置上，其 Yaw angle 約有20 的誤差，經過 PD controller 校正之後，內 視鏡的x 軸大約移動 37mm，y 軸大約移動 12mm，此時 Yaw angle 已被校正至0 ， 也就是鏡頭中心，此校正時間約花了0.75 秒。
韓國航空大學研究概況
在韓國航空大學有一個團隊開發一種新型膠囊內視鏡，此內視鏡機構利用滑環能 夠使膠囊產生螺旋運動，並利用此螺旋運動進行牽引以及自動牽引技術，以下將簡單 介紹[3][4]。
一、設置環境
此團隊也是透過外部磁鐵帶動內視鏡進行牽引，他們所使用的機械手臂是 SCARA robot，下方安裝外部磁鐵且在旁安裝一顆鏡頭，負責記錄膠囊的位置及姿態，
圖1-3[3]為此團隊操控內視鏡的環境。
圖1-3 磁控膠囊內視鏡環境[3]
二、膠囊架構
此團隊所開發的內視鏡架構與傳統膠囊內視鏡有相當大的區別，他們在內視鏡上 安裝一個固定的環以及兩個可滑動的滑環，在滑環上固定一個可增加移動效率的葉片，
透過這個機構，在牽引時能更平滑的帶動膠囊前進，實體圖如圖1-4[3]所示。
圖1-4 膠囊實體圖[3]
除了在膠囊外安裝滑環及葉片之外，膠囊內部也安裝外部磁鐵及三顆的磁通傳感 器，磁通傳感器會根據Pitch 轉動取得三軸位置坐標及方向角，其內部架構圖如圖 1-5[3]所示。
圖1-5 膠囊內部示意圖[3]
三、膠囊運動模式
當外部磁鐵要移動時，其Pitch 都必須轉動，其滑環才能作用，當外部磁鐵前進 時，其中間固定的環會與前面的滑環相互鎖住，此時葉片會因為滑環相互鎖住變成螺 旋狀，使得膠囊的運動模式會隨著螺旋葉片運動，同樣地，當外部磁鐵後退時，其中 間固定的環會與後面的滑環相互鎖住，葉片同樣會變成螺旋狀，其運動模式圖如圖 1-6[3]所示。
圖1-6 外部磁鐵與膠囊內視鏡運動模式[3]
(a)為前進模式(b)為後退模式(c)表示 Pitch 不旋轉時的運動模式 四、控制流程
在自動牽引時所使用的控制流程為先透過磁通傳感器偵測膠囊的位置及方向角，
之後自動補償牽引時所造成的誤差，當補償完之後外部磁鐵在牽引膠囊前進，其控制 流程圖如圖1-7[3]所示。
圖1-7 控制流程圖[3]
五、實驗結果：
在自動牽引時，此團隊進行了兩次實驗，分別為開啟補償器以及未開啟補償器的 時候，其外部磁鐵與膠囊的位置關係。
圖1-8[3]為未開啟補償時，外部磁鐵與膠囊的位置圖，從圖中可以得知，當未開 啟補償器時，外部磁鐵只會遵循前一個方向前進，使得膠囊離外部磁鐵越來越遠，直 到磁通傳感器偵測不到磁通量而停止。
圖1-8 未開啟補償器的自動牽引結果[3]
圖1-9[3]為開啟 X 軸、Y 軸及 Yaw angle 的補償所得到的結果，從圖中可以得知，
當進行每次牽引後，外部磁鐵都會透過磁通傳感器補償到距離膠囊較近的位置。
圖1-9 開啟補償器的自動牽引結果[3]
由這篇論文可以得知，透過磁通傳感器進行膠囊定位後也可以實現自動牽引技術，
且磁通傳感器為主動式定位技術，能實時計算出膠囊的絕對坐標，而本團隊所開發的 力感測器為被動式定位技術，只能大致知道其相對位置，需要透過外部磁鐵定位至膠 囊上方才能知道其坐標。
1-4 論文架構
本論文以 MFN Platform(Magnetic Field Navigator Platform)應用於磁控膠囊內視 鏡為主題，並且著重於建立大腸內視鏡檢查時所必要的功能，及開發腸腔自動校正技 Platform 架構，以及分析此 MFN Platform 在動物實驗之實用性。
第三章: 自動校正技術及深度優先搜尋演算法