理工學院優秀專題競賽論文
磁驅動光學萬向內視鏡探頭之實作
Development of endoscopes with magnetically driven universal probes
摘要
一般我們接受內視鏡檢查，所使用的儀器是傳統式的內視鏡，意思是指用一條長長的黑色管
子，經由光纖傳送到管子的另一端。檢查時，將管子插入所要檢查的器官內，從冷光源所傳送來的冷
光可以將器官內部照亮，然後管子末端所鑲嵌的光感受晶片(CCD，類似 DV 或 V8 錄影機的東西)就可
以很清晰的將影像訊號傳送回機器，由機器裡的電腦將訊號轉換成影像，這樣我們就可以如同收看電
視一般的看到器官裡面的樣子了。然後由醫師控制管子(傳統式內視鏡)的方向，向左、向右、向前走，
靈活的操控所要看的地方，就可以很仔細的檢視器官內部的所有地方。
Fig.1 傳統內視鏡
在胃腸科的領域裡，內視鏡可以觀察的地方很多，可以從嘴巴進去，到食道、胃、十二指腸，甚至
到小腸的前段區。也可以從肛門進去，到直腸、結腸(大腸)、甚至到小腸的末端區。因此很多胃腸道
的疾病可以很輕易的被用內視鏡檢查發現到。然而，仍然有一大段的小腸不容易用內視鏡檢查到，因
為傳統式的內視鏡如果長度太長，操控將較困難，病人也就要承受比較大的痛苦。雖然可以使用麻醉
方式，讓受檢者減輕一下痛苦。但是小腸是一條峰迴路轉的羊腸小徑，在腹腔內繞來繞去，一條硬硬
的管子要在彎曲的腸子內也跟著九彎十八拐，或多或少會傷到脆弱的腸子。因此，使得小腸疾病很不
容易診斷，也是胃腸科醫師最頭痛的地方。
本研究是利用探頭的可旋轉性，而達到讓病患減少有疼痛的感覺，也可以照射到視角大的影像，增加
控制病情的機率，而達到減少醫生與病患的煩惱。
關鍵字：內視鏡、磁趨動、探頭
。
組別:█實作組□設計組
1. 前言
1. 問題的癥結 在探頭的領域裡，幾乎以垂直照射的型式來傳輸影 像，而整個內視鏡因為功能的關係且會非常的大， 因此不能利用在一些微小的的東西上。而如果問題 是在微小或轉折地方的時候，將可利用萬向內視鏡 探頭來解決問題。 Fig.2 市面上的內視鏡 2. 醫療產品的應用 以現代科技用於內視鏡的產品，例如膠囊內視鏡雖然 不會有任何的疼痛，但對於照射到的地方，並不一定 是理想的位置。 Fig.3 膠囊內視鏡 3. 我們的方法 把探頭改成萬向，將探頭改成半圓滾珠形，而 在圓面上貼上反射鏡面，這樣能讓內視鏡變細， 而內視鏡的探頭又達到可以轉動的地步，利用鏡 面的反射加上滾珠的轉動，讓影像以近似於270 度的方式旋轉，進而照射到我們所想要的位置。 Fig.4 探頭概念圖2.研究方法
一.原理 探頭在磁鐵中運動時所產生的扭矩與磁力 扭矩T
V
M
B
0 磁力F
V
M
B
0 磁常數4
10
(
/
)
7 0Tm
A
體積2
.
6138
10
(
)
3 3mm
V
qv
mF
B
磁場
二.設計 1.先將一根10公分的玻璃管截成6~7公分。 2.接著以玻璃管的內徑做出一個同尺寸的壓克力球窩，在球 窩地下加裝一片磁鐵。 3.而在以同樣的尺寸做出一個中空半圓鋼球，在內部加裝一 片磁鐵，讓球窩與中空半圓球可以在磁力的牽引下而不會 隨意轉動。 4.而在半圓球面上貼上一片反光鏡，使得光照射在鏡面上可 以反射到我們所想看到的影像。 5.之後利用一個襯套，讓成品於襯套中間，而襯套外部兩邊 套上與襯套外徑相識的壓克力板。 6.在壓克力板中心點的位子一個打與內視鏡直徑相同的圓 孔，另一邊則是與玻璃管直徑相同的圓孔。 7.然後在襯套外部使用強力磁鐵，使得貼著鏡面的半圓球其 轉動，而可以照射出我們想看到的影像。Fig.5 成品概念圖 零件圖： Fig.6 零件圖(1) Fig.7 零件圖(2) 組合圖： Fig.8 組合圖(1) Fig.9 組合圖(2) 三.製作
Fig.10 玻璃管 Fig.11 球窩與探頭 四.實驗架設 Fig.12 系統概念完成圖 Fig.13 系統完成圖
3.結果與討論
Fig.14 要照射的結果Fig.15 結果 半圓球與磁力的控制不怎麼流暢，可能是因為半圓的真 圓度有誤差和磁力的控制沒有掌握好，如果可以找到直
接加工成半圓的半圓球，這樣探頭的靈敏度將會更好，更 能看到我們所想要看到的結果。 優點: 1. 可以使實體縮小，讓照射的東西更廣。 2. 讓內視鏡的探頭轉動，使得病人不會感到多餘的疼痛感與 醫生看不到視角的煩惱。 3. 因為實體縮小了，所以可以增加內視鏡的功能，以達到增 加醫療的效率。 4. 因為探頭改成萬向的，所以可以照射到我們所想看到的理 想位置。
