基于声波定位和生理参数检测的电子药丸的制作方法

本发明涉及一种诊疗装置，尤其涉及一种可吞服的和微型的基于声波定位和生理参数检测的装置。

声波技术作为一种非接触的检测方式，由于成本低、结构简单、易于实现而被人们广泛采用。与红外、激光及无线电测距相比，超声波不受光线、被测对象颜色、电磁场等因素的影响，在恶劣环境中具有更佳的适应能力，更容易获得近距离的信息，并且具有结构简单、成本不高等优点，市场上的超声波收发器成熟且价格低廉，因此超声波定位技术应用前景广阔。超声波定位的原理与无线电定位系统相仿，是通过接收并处理固定位置发射点传来的信号，从而计算得到主体的位置。只是由于超声波在空气中的衰减较大，只适用于较小的范围，其在空气中的传播距离一般只有几十米，短距离的超声波测距系统精度为厘米级。智能家居领域中，利用超声波定位方法是很常见的，而且这项技术运用较成熟。专利号201220400885.0所讲述的就是一种超声波定位系统，包括客户端、定位服务器及用于发射超声波信号的超声波发射装置。但此装置不能适用于体内，因此我们设计了一种新型超声波定位装置，并可将其运用到目前国内正在发展的可穿戴医疗电子设备，并成为医疗设备定位的一种潮流。

电子药丸的概念最早于19世纪提出，经过多年发展，各类电子药丸逐步从理论走向临床。按其功能划分，一般可分为消化道参数检测药丸、消化道定点取样药丸、消化道电刺激药丸、消化道药物释放药丸、药丸内窥镜和药丸机器人等。目前，电子药丸的定位跟踪技术主要有磁标记跟踪、射频收发、x射线、放射性元素示踪等，几乎没有电子药丸将超声波技术运用在定位方面。超声定位较蓝牙、射频等无线传感技术定位，对人体更加绿色无害。同时缩小了体积和节约了成本，且干扰性小、操作简易，利于一次性药丸设计。目前管内游动机器人的在线定位即使用超声波测回波的原理，但电子药丸因其体积小，便携的特点，需要一种新型定位方法将其改进并实现。

技术实现要素：

为此，本发明的目的是提供一种利用声波技术实现微型的电子药丸在消化道中定位并将数据传输体外的装置。

本发明主要由可吞服于体内的微型电子药丸和安设在体外的数据接收装置两部分组成。体内的微型电子药丸设计主要是一种基于声波技术的电子药丸，它包括mcu控制电路以及与mcu控制电路连接的内服式传感器、超声波发射模块和电源模块，体外接收装置包括信号处理模块、超声波接收模块、显示屏以及与之连接的mcu控制电路。其特征是：体内的声波发生装置至少含有两个声波发生器，体外声波接收装置含有三到多个声波接收器。体内声波发射器通过mcu控制电路向外发出声波，已知药丸到接收器的距离差，通过双曲线定位方法得知此时药丸的具体位置。

本发明所述的声波发射器发出的声波频率相同，但ph对应的占空比是不同的。通过改变声波对应的占空比可测出人体的ph值。所述内服是传感器可检测人体的体温，通过无线射频发射模块将采集的数据发射到体外接收装置。所述的生理参数数据均能在接收装置显示。

归因于所述的微型化，本发明所述的电子药丸更易于吞服，从而提高了待检测者的顺从性。

所述的电源模块是可食用的微型钠电池，口服后与胃肠酸碱等溶液接触，电源自动开启。

所述的控制电路可以是片上系统(soc)，通过与输出io端口连接的声波发射器输出一定频率和一定强度的方波电信号。

所述的方波电信号的参数，如频率、占空比，可以由测得的生理参数数据计算处理得到。

所述电池的供电范围应该在5-12v之间。

所述的声波发生器产生的声波频率可以是定向性强的超声波，也可以是损耗小的声波。

所述的声波接收装置的最低数量为3个，且置于人体外。各个接收装置之间需要保持一定距离，使得声波接收范围涵盖人体整个消化道。

所述的信号处理模块可以包括滤波电路、放大电路和整形电路，将输入的声波信号转化为数字信号后进行分析。

所述的信号处理模块可以包含微控制器，通过算法分析测量到的信号数据，输出具体的位置信息。

所述的显示模块，可以是lcd，也可以是oled。

本发明的特点是：在定位的声波上加上调制信号，同时实现药丸的定位和采集信息的传输，实现一波两用，即节约了体积又降低了额外无线信号传输所需要的功耗。该方法绿色、环保对人体无伤害，且成本低，是一种应用于电子药丸的全新的技术。

附图说明

图1是本发明实施例的模拟人体示意图。

图2是本发明实施例的药丸内声波发射装置图。

图3是参考点内部结构图。

图4是声波作为信号传输载体的声波编码示意图。

图5是电子药丸整体的系统框架图。

具体实施过程

参见图1，本发明为一种新型的电子药丸，利用药丸内部发送超声波和参考点接收超声波的原理进行定位。本系统包括电子药丸模块1，声波接收模块2，数据处理平台3和电源模块4。电子药丸与声波接收模块通过声波传递数据信息，参考点即声波接收模块与控制模块通信相连。

参见图2，本发明的电子药丸模块1主要包括电源电路11，声波发射电路12，控制电路13。

参见图3，本发明的声波接收模块2置于人体外部，数量最低为3个，且每个声波接收模块2均与数据处理平台3相连接。如图3所示，每个声波接收模块2主要包括声波接收传感器21，前置放大电路22，滤波电路23。

参见图4，本发明的数据传输主要是利用改变声波的占空比将声波编码从而实现。

本发明的工作过程如下：使用者吞下本发明，当发明到达测量位置后，控制电路13根据测得的生理数据，计算出发射声波的占空比等参数，然后声波发射电路12根据这些参数向体外发射声波。位于体外不同位置的各个声波接收模块2都会接收到声波，内部的声波接收传感器21将声波信号传递给前置放大电路22进行处理，之后由滤波电路23滤去噪音，最后处理好的数据接入数据处理平台3。根据多处不同位置的声波接收模块2接收到声波的时间不同，用其到达数据处理平台3的时间差得到电子药丸到不同接收装置的距离差关系，建立xyz三维坐标系，根据设定每个接收装置的坐标与距离差的关系计算出电子药丸1的坐标，达到对其进行精确定位的效果，同时在液晶屏上直观的标识电子药丸1在人体的相应位置。另外可以通过设定接收装置特殊坐标点的方法，如原点、x轴、y轴，来减小运算量，缩短求解时间，提高定位精度。

根据上述设计，本发明可实现利用发射声波在发射机装置和接收机装置之间传输数据并对电子药丸的具体位置进行定位。

技术特征：

技术总结
本发明所述电子药丸包括吞服体内的电子药丸和体外接收装置。吞服进体内的电子药丸包括MCU控制电路以及与MCU控制电路连接的内服式传感器、超声波发射模块和电源模块，体外接收装置包括信号处理模块、超声波接收模块、显示模块和与之连接的体外MCU控制电路。该电子药丸能提高其在人体内定位的准确度，同时又能实时采集并显示人体的生理参数‑pH值和体温等。本发明提供了一种具有声波定位和生理参数检测的电子药丸，属于医疗器械辅助设备技术领域。

技术研发人员：王慧泉;刘婷玉;马瑞泳;高雨凡
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2017.04.21
技术公布日：2017.07.14