具有远程激活的通信系统的制作方法

具有远程激活的通信系统的制作方法
【专利摘要】本发明的系统包括导电元件、电子组件和呈相异材料形式的部分电源。在与导电流体接触后，形成电势且完成电源，这激活所述系统。所述电子组件控制相异材料之间的电导以产生唯一的电流签名。所述系统还可测量包围所述系统的环境的条件。
【专利说明】具有远程激活的通信系统
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请是2011年7月11日提交的发明名称为“Communication System withRemote Activation”的第13/180，516号申请的部分接续案，所述第13/180，516号申请是2009年9月21日提交的发明名称为“Communication System with PartialPower Source”并且在2010年4月I日作为第2010-0081894A1号美国公开案公开的第12/564,017号美国专利申请的部分接续案，所述第12/564,017号美国专利申请是2008年6月23日提交的发明名称为“Pharma-1nformatics System”并且在2008年11月20日作为第2008-0284599A1号美国公开案公开的第11/912,475号美国专利申请的部分接续申请，所述第11/912,475号美国专利申请是2006年4月28日提交的发明名称为“Pharma-1nformatics System”并且在 2006 年 11 月 2 日作为第W02006/116718 号WO 公开案公开的第PCT/US06/16370号PCT申请的371申请，所述申请依据35U.S.C.§ 119(e)，主张以下申请的 申请日期:的优先权:2005年4月28日提交的发明名称为“Pharma-1nformaticsSystem”的第60/676，145号美国临时专利申请；2005年6月24日提交的发明名称为“Pharma-1nformatics System” 的第 60/694，078 号美国临时专利申请；2005 年 9 月 I 日提交的发明名称为 “Medical Diagnostic And Treatment Platform Using Near-FieldWireless Communication Of Information Within A Patient’ s Body，，的第 60/713，680号美国临时专利申请；以及2006年4月7日提交的发明名称为“Pharma-1nformaticsSystem”的第60/790，335号美国临时专利申请；这些申请的公开内容以引用的方式并入本文中。
[0003]本申请与同时申请的以下美国申请相关，这些美国申请的公开内容以引用的方式并入本文中:第 13/180,498 号美国申请“COMMUNICATION SYSTEM WITH MULTIPLE SOURCESOF POWER” ；第 13/180，539 号美国申请“COMMUNICATION SYSTEM USING AN IMPLANTABLEDEVICE” ；第 13/180，525 号美国申请“COMMUNICATION SYSTEM WITH ENHANCED PARTIALPOWER AND METHOD OF MANUFACTURING SAME” ；第 13/180，538 号美国申请“POLYPHARMACYCO-PACKAGED MEDICATION DOSING UNIT INCLUDING COMMUNICATION SYSTEM THEREFOR”;以及第 13/180，507 号美国申请 “COMMUNICATION SYSTEM INCORPORATED IN AN INGESTIBLEPRODUCT”。
【技术领域】
[0004]本发明涉及用于检测事件的通信系统。更具体地说，本公开包括一种系统，其包括具有各种电源和通信方案的装 置。
【背景技术】
[0005]已经提议将包括电子电路的可摄取装置在多种不同医学应用中使用，所述医学应用包括诊断和治疗应用两者。这些装置通常需要用于操作的内部电力供应。此类可摄取装置的实例是可摄取电子胶囊，其在通过身体时收集数据并且将数据发送到外部接收器系统。这类电子胶囊的实例是活体内摄像机。可吞食胶囊包括相机系统和光学系统，所述光学系统用于将关注区域成像到相机系统上。发送器发送相机系统的视频输出，并且接收系统接收所发送的视频输出。其它实例包括可摄取成像装置，其具有内部自持电源且从身体内腔或腔体内获得图像。所述装置的电子电路组件由惰性不消化壳体(例如，玻璃壳体)封闭，所述壳体通过身体内部。其它实例包括可摄取数据记录器胶囊医学装置。所公开的装置的电子电路(例如，传感器、记录器、电池等)容纳在由惰性材料制成的胶囊中。
[0006]在其它实例中，在药品摄取监视应用中使用脆性射频识别(RFID)标签。为了使RFID标签操作，每一应用/标签需要内部电力供应。RFID标签是被配置为发送穿过身体的射频信号的天线结构。
[0007]这些现有装置造成的问题是，电源在装置内部，且此类电源的体积大，生产成本高，且如果电源泄漏或受损则可能对周围环境潜在有害。另外，当在活体内使用所述装置时，从装置延伸出天线是与天线受损或造成问题有关的顾虑。因此，需要具有不需要内部电源和天线的电路的合适系统。

【发明内容】

[0008]本公开包括一种用于产生指示事件的发生的唯一签名的系统。所述系统包括可放置在包括导电流体的某些环境内的电路和组件。此类环境的一个实例是在容纳导电流体的容器内，例如具有溶液的密封袋，其包括IV袋。另一实例是在活生物体(例如动物或人类)的身体内。所述系统是可摄取和/或可消化或部分可消化的。所述系统包括安置在框架上的相异材料，使得当导电流体与相异材料形成接触时，形成电势差。电势差以及因此电压用以对安置在框架内的控制逻辑上电。离子或电流经由控制逻辑且接着穿过导电流体从第一相异材料流动到第二相异材料以完成电路。控制逻辑控制所述两种相异材料之间的电导，因此控制或调制系统的电导。
[0009]由于可摄取电路是由可摄取且甚至是可消化的组分制成，所以所述可摄取电路产生极少(如果有的话)不需要的副作用，即使当在长期情况下使用时。可包括的组件的范围的实例是:逻辑和/或存储器元 件；效应器；信号发送元件；以及无源元件，例如电阻器或电感器。支撑件的表面上的一个或多个组件可按任何便利配置来布置。在固体支撑件的表面上存在两个或两个以上的组件的情况下，可提供互连件。可摄取电路的所有组件和支撑件是可摄取的，且在某些例子中，是可消化或部分可消化的。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1示出根据本发明的教导的具有事件指示器系统的药物产品，其中所述产品和事件指示器系统组合在身体内。
[0011]图2A示出图1的药物产品，其具有在药物产品的外部上的事件指示器系统。
[0012]图2B示出图1的药物产品，其具有安置在药物产品内部的事件指示器系统。
[0013]图2C示出根据本发明的一个方面的内部安置有事件指示器系统的胶囊。
[0014]图2D示出根据本发明的一个方面的内部安置有事件指示器系统的胶囊。
[0015]图2E示出根据本发明的一个方面的内部安置有事件指示器系统的胶囊。
[0016]图2F是事件指示器系统的分解图。[0017]图3是相对端部上安置有相异金属的事件指示器系统的一个方面的框图表示。
[0018]图4是同一端部上安置有相异金属且所述相异金属由不导电材料分开的事件指示器系统的另一方面的框图表示。
[0019]图5示出当图3的事件指示器系统与导电液体接触且处于活动状态时经过导电流体的离子转移或电流路径。
[0020]图5A示出图5的相异材料的表面的分解图。
[0021]图5B示出图5的具有pH传感器单元的事件指示器系统。
[0022]图6是图3和图4的系统中所使用的控制装置的一个方面的框图说明。
[0023]图7是根据一个方面的可存在于接收器中的执行相干解调的解调电路的功能框图。
[0024]图8说明根据一个方面的接收器内的信标模块的功能框图。
[0025]图9是根据一个方面的可存在于接收器中的不同功能模块的框图。
[0026]图10是根据一个方面的接收器的框图。
[0027]图11提供根据一个方面的接收器中的高频信号链的框图。
[0028]图12提供 根据一个方面的可如何使用包括信号接收器和可摄取事件标示器的系统的图。
【具体实施方式】
[0029]本公开包括用于指示事件的发生的多个方面。如下文较详细描述，本发明的系统与导电流体一起使用以指示由所述导电流体与所述系统之间的接触所标示的事件。举例来说，本公开的系统可与药物产品一起使用，并且所指示的事件是何时服用或摄取所述产品。术语“摄取”应理解为意指将所述系统以任何方式引入到身体内部。举例来说，摄取包括简单地将系统放在口中直到降结肠。因此，术语摄取涉及将系统引入到含有导电流体的环境时的任何时刻。另一实例是当不导电流体与导电流体混合时的情形。在此类情形中，所述系统存在于不导电流体中，且当两种流体混合时，所述系统与导电流体形成接触并且所述系统被激活。又一实例是当存在需要被检测的某些导电流体时的情形。在这些例子中，可检测到所述系统(其可被激活)在导电流体内的存在，因此将检测到相应流体的存在。
[0030]再次参看系统与摄入到活生物体中的产品一起使用的例子，当服用或摄取包括所述系统的产品时，装置与身体的导电流体形成接触。当本发明的系统与体液形成接触时，产生电势且系统被激活。一部分电源由装置提供，而另一部分电源由导电流体提供，这在下文中详细论述。
[0031]现在参看图1，在身体内部示出包括本发明的系统的可摄取产品14。产品14被配置为呈药丸或胶囊形式的可经口摄取的药物配方。在摄取后，药丸移动到胃部。在到达胃部后，产品14与胃液18接触，且经历与胃液18中的各种物质(例如盐酸和其它消化剂)的化学或电化学反应。本发明的系统是参考药物环境来论述的。然而，本发明的范围不限于此。本发明可用于任何环境，例如，在身体外部，其中存在有导电流体或通过对产生导电流体的两种或两种以上的组分进行混合而变得存在有导电流体。
[0032]现在参看图2A，示出类似于图1的产品14的药物产品10，其具有系统12，例如可摄取事件标示器或离子发射模块(IEM)。本发明的范围不受产品10的形状或类型限制。举例来说，所属领域的技术人员将清楚，产品10可为胶囊、缓释口服剂、药片、凝胶胶囊、舌下药片或可与系统12组合的任何口服剂产品。在所提及的方面中，产品10利用已知的将微型装置紧固到药物产品外部的方法来使系统12紧固到外部。用于将微型装置紧固到产品的方法的实例在以下申请中公开:2010年I月5日提交的发明名称为“HIGH-THROUGHPUTPRODUCTION OF INGESTIBLE EVENT MARKERS” 的第 12/741，583 号美国临时申请，所述美国临时申请还在2010年I月5日申请为第PCT/US10/20142号PCT申请并且在2010年7月15日公开为W02010/080765 ;以及2009年5月12日提交的发明名称为“ INGESTIBLE EVENTMARKERS COMPRISING AN IDENTIFIER AND AN INGESTIBLE COMPONENT”的第61/177，611 号美国临时申请，所述美国临时申请还在2010年5月10日申请为第PCT/US10/34186号PCT申请并且在2010年11月18日公开为W02010/132331，上述每个的全部公开内容以引用的方式并入本文中。一旦被摄取，系统12便与体液形成接触且系统12被激活。系统12使用电势差来上电，且此后调制电导以产生唯一且可识别的电流签名。在激活后，系统12控制电导且因此控制电流流动以产生电流签名。
[0033]存在延迟系统12的激活的各种原因。为了延迟系统12的激活，系统12可被涂覆有屏蔽材料或保护层。所述层在一段时间后溶解，进而允许系统12在产品10已经到达目标位置时被激活。
[0034]现在参看图2B，示出类似于图1的产品14的药物产品20，其具有系统22，例如可摄取事件标示器或可识别发射模块。本发明的范围不受系统22所被引入的环境的限制。举例来说，系统22可封闭在除药物产品以外/独立于药物产品来服用的胶囊中。所述胶囊可仅仅是用于系统22的载体，并且可以不含有任何产品。此外，本发明的范围不受产品20的形状或类型限制。举例来说，所属领域的技术人员将清楚，产品20可为胶囊、缓释口服剂、药片、凝胶胶囊、舌下药片或任何口服剂产品。在所提及的方面中，产品20使系统22安置在产品20内部或紧固到产品20的内部。在一个方面中，系统22紧固到产品20的内壁。当系统22安置在凝胶胶囊内部时，那么凝胶胶囊的内含物是不导电凝胶液体。另一方面，如果凝胶胶囊的内含物是导电凝胶液体，那么在替代方面中，系统22被涂覆有保护罩以防止由凝胶胶囊内含物不必要地激活。如果胶囊的内含物是干燥粉末或微球体，那么系统22安置或放置在胶囊内。如果产品20是药片或`硬药丸，那么系统22在药片内部保持在位。一旦被摄取，含有系统22的产品20便分解和/或溶解。系统22与体液形成接触，且系统22被激活。取决于产品20，系统22可安置在中心附近或周边附近位置，这取决于系统22的初始摄取与激活时间之间的期望激活延迟。举例来说，用于系统22的中心位置意味着系统22将需要更长时间来与导电液体接触，因此系统22将需要更长时间来被激活。因此，将需要更长时间来检测事件的发生。
[0035]现在参看图2C，根据本发明的一个方面，示出中间具有空腔Ila的胶囊11。根据本发明的一个方面，胶囊11被示出为空胶囊。系统12a在空腔内部，所述系统12a类似于图2A的系统12和图2B的系统22。在胶囊11被引入到导电流体中或与导电流体形成接触时，胶囊11裂开或分解或溶解以允许从环境释放系统。
[0036]现在参看图2D，示出胶囊11，其具有系统12a连同嵌入到空腔Ila中的材料13。材料13可被激活以膨胀并促使胶囊11裂开。根据本发明的一个方面，材料13的激活由系统12a控制。系统12a (如以下图2E所示)从可位于身体内部、身体上或身体外部的外部源接收信号，并且响应于所述信号能够激活材料13以促使材料12膨胀。举例来说，根据本发明的一个方面，材料13是电活性材料，其被选择为对电信号具有反应性，使得当暴露于电势或电流时属性改变。电活性材料或基体包括例如物理尺寸或溶解度等属性响应于所施加的电压或电流而改变的材料。电活性材料的实例包括:聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟磺酸(Nafion TM)、全氟羧酸(Flemion TM)、纤维素、含有盐(例如，含有多价离子(例如Fe3+)的盐)的聚合物基体(例如，聚氧化乙烯或纤维素)或蛋白质。根据本发明的另一方面，系统12a包括向材料Ila中释放化学物或化合物以引起促使材料Ila膨胀的化学反应的柱塞。
[0037]现在参看图2E，更详细地示出胶囊11，其具有系统12a。系统12a包括紧固到系统12a的单元12b。根据本发明的一个方面，单元12b包括限定空腔12c的壳体。在一个实例中，空腔12c可被填充有化学物或化合物，所述化学物或化合物在空腔I Ia被填充有材料13时释放到空腔Ila中以开启促使材料13膨胀的反应。现在还参看图2F，在另一实例中，空腔12c包括充当针或杆的固体物体。所述物体在如图所示的方向AA上被机械地推出空腔12c。接着所述物体能够挤过胶囊11的壁且促使壁戳破或裂开。这促使系统12a与胶囊11分开且允许系统12a与周围环境形成接触并被激活。因此，单元12b能够控制系统12a的激活。
[0038]根据本发明的一个方面，单元12b包括能够接收、发送、或接收和发送的通信模块。因此，单元12b可充当二级通信模块，如下文关于图5和元件75详细论述。根据本发明的一个方面，单元12b可从外部源接收控制信号。根据另一方面，单元12b可将信号发送到外部源。根据本发明的又一方面，单元12b充当收发器，且能够接收信号并向外部装置发送信号。单元12b还与系统12a的其它组件通信，如下文详细论述。
[0039]现在参看图3，在一个方面中，图2A的系统12和图2B的系统22被更详细地示出为系统30。系统30可与任何药物产品联合使用，如上文所提及，以确定何时患者摄取了所述药物产品。如上文所示，本发明的范围不受环境和与系统30 —起使用的产品限制。举例来说，系统30可放置在胶囊内，且胶囊被置于导电液体内。接着胶囊在一段时间后溶解并且将系统30释放到导电液体中。因此，在一个方面中，胶囊含有系统30而没有产品。此类胶囊于是可用于存在导电液体的任何环境中以及与任何产品一起使用。举例来说，胶囊可放入填充有航空燃油、盐水、番茄酱、机油或任何类似产品的容器中。另外，可在摄取任何药物产品的同时摄取含有系统30的胶囊以便记录事件的发生，例如何时服用了所述产品。
[0040]在与药物产品组合的系统30的特定实例中，随着摄取产品或药丸，系统30被激活。系统30控制电导以产生被检测的唯一电流签名，进而表示已经服用药物产品。系统30包括Vhigh与接地52之间的电阻31。电阻元件包括已知量，且表示Vhigh与接地之间的电压降。该已知量用以确定周围环境的阻抗，如关于以下图5和单元75a指出。
[0041]系统30包括框架32。框架32是用于系统30的底架，且多个组件附接到框架32、沉积在框架32上或紧固到框架32。在系统30的这个方面中，可摄取或可消化材料34在物理上与框架32相关联。材料34可化学沉积在框架上、蒸镀到框架上、紧固到框架或构建在框架上，其全部可以在本文中称为相对于框架32 “沉积”。材料34沉积在框架32的一侧。可用作材料34的关注材料包括但不限于:Cu或CuI。材料34通过物理气相沉积、电沉积或等离子体沉积以及其它方法来沉积。材料34可为约0.05到约500 μ m厚，例如约5到约ΙΟΟμπι厚。形状由阴影掩模沉积或光刻和刻蚀来控制。另外，尽管只示出一个区用于沉积所述材料，但每个系统30可根据需要而含有两个或两个以上的电性唯一区，在所述区可沉积材料34。
[0042]在不同侧(其为如图3所示的相对侧)，沉积另一可消化材料36，使得材料34和36相异且彼此隔离。虽然未图示，但所选择的该不同侧可为与针对材料34所选择的一侧邻接的一侧。本发明的范围不受所选择的侧的限制，并且术语“不同侧”可意指不同于第一选定侧的多个侧面中的任一者。此外，尽管系统的形状被示出为方形，但形状可为任何几何上适合的形状。材料34和36被选择为使得其在系统30与导电液体(例如体液)接触时产生电势差。用于材料36的关注材料包括但不限于:Mg、Zn或其它电负性金属。如上文关于材料34所示，材料36可化学沉积在框架上、蒸镀到框架上、紧固到框架或构建在框架上。而且，粘附层可能是必要的，以帮助材料36 (以及在需要时，帮助材料34)粘附到框架32。用于材料36的典型粘附层是T1、TiW、Cr或类似材料。阳极材料和粘附层可通过物理气相沉积、电沉积或等离子体沉积来沉积。材料36可为约0.05到约500 μ m厚，例如约5到约100 μ m厚。然而，本发明的范围既不受任何材料的厚度的限制，也不受用以将材料沉积或紧固到框架32的工艺类型的限制。
[0043]根据所陈述的公开内容，材料34和36可为具有不同电化学电势的任何成对材料。另外，在活体内使用系统30的方面中，材料34和36可为能被吸收的维生素。更具体地说，材料34和36可由适合于系统30将要进行操作的环境的任何两种材料制成。举例来说，当与可摄取产品一起使用时，材料34和36为可摄取的具有不同电化学电势的任何成对材料。一个说明性实例包括当系统30与离子溶液(例如胃酸)接触时的例子。合适的材料不限于金属，且在某些方面中，成对的材料选自金属和非金属，例如，由金属(例如Mg)与盐(例如CuCl或CuI)组成的对。关于活性电极材料，具有适当不同的电化学电势(电压)和低界面阻力的任何配对的物质( 金属、盐或嵌入化合物)是合适的。
[0044]关注的材料和配对包括但不限于以下表1中所报告的那些。在一个方面中，金属中的一者或两者可被掺杂有非金属，例如，以便增强在材料与导电液体形成接触时在所述材料之间形成的电势。在某些方面中，可用作掺杂剂的非金属包括但不限于:硫、碘等。在另一方面中，材料为作为阳极的碘化铜(CuI)和作为阴极的镁(Mg)。本发明的方面使用对人体无害的电极材料。
[0045]
【权利要求】
1.一种用于通信的装置，所述装置包括: 通信单元,其包括: 支撑结构； 部分电源，其包括: 第一材料，其沉积到所述支撑结构上；以及 第二材料，其沉积到所述支撑结构上且与所述第一材料电隔离，其中所述第一材料和所述第二材料被选择为在与导电流体接触时具有电势差，以提供用以激活所述装置的电力； 控制模块，其与所述支撑结构相关联，且电连接到所述第一材料和所述第二材料以用于控制所述第一材料与所述第二材料之间的电导，使得所述第一材料与所述第二材料之间的在电导上的变化改变所述装置的电流签名且由此在所述电流签名中编码信息；以及 单元，其与所述控制模块通信且与所述支撑结构相关联，以至少从外部源接收信号或将信号发送到所述外部源。
2.根据权利要求1所述的装置 ，进一步包括限定空腔的密封壳体，其中所述通信单元安置在所述空腔内。
3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括在所述空腔内的释放材料，其中所述单元产生释放命令以促使所述释放材料膨胀并打开所述密封壳体。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述单元包括:从所述单元向外延伸以穿透所述密封壳体的壁部分且允许所述通信单元与所述密封壳体分开的机构。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述单元包括杆，所述杆以机械方式激活以戳破所述密封壳体的壁部分、且促使所述密封壳体打开并允许所述通信单元与所述导电流体形成接触。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述单元测量与直接包围所述通信单元的环境相关联的至少一个特性。
7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括释放设备，所述释放设备紧固到所述支撑结构且与所述单元通信，其中所述释放设备从所述单元接收释放命令且响应于所述信号来促使所述装置暴露于所述导电流体。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述空腔包括与所述释放设备通信的材料，且所述释放设备促使所述材料在所述空腔内膨胀，使得所述密封壳体裂开。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述释放设备包括膨胀材料，所述膨胀材料在所述空腔内膨胀以促使所述密封壳体裂开。
10.根据权利要求7所述的装置，其中所述释放设备包括杆，所述杆以机械方式在所述密封壳体的所述空腔内从所述释放设备延伸以促使所述密封壳体裂开。
11.根据权利要求1所述的装置，其中在所述装置与所述导电流体形成接触之后，在所述单元处接收到的信号被发送到所述控制模块，且所述控制模块通过改变所述第一材料与所述第二材料之间的电导来降低所述装置产生的电力。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述单元将与所述装置的环境相关联的信息发送到外部源。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述单元包括阻抗测量单元，所述阻抗测量单元在一个输出处耦合到所述第一材料且在另一输出处耦合到所述第二材料，以测量周围环境的阻抗且控制所述装置。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述单元将阻抗信号发送到所述控制模块，且所述控制模块在接收到所述阻抗信号后改变所述第一材料与所述第二材料之间的电导。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述阻抗测量单元将所述阻抗信号发送到所述控制模块，以向所述控制模块指示所述周围环境的阻抗低于指定的值且所述装置可被激活。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述单元从外部源接收去激活信号且将信息传送到所述控制模块，使得所述控制模块改变所述第一材料与所述第二材料之间的电导以便防止在所述第一材料与第二材料之间产生电流流动，且由此去激活所述装置。
17.根据权利要求1所述的装置，进一步包括限定空腔的密封壳体，其中所述通信单元安置在所述空腔内且进一步包括在所述空腔内的电活性基体，其中所述单元产生电压以促使所述电活性基体膨胀且打开所述密封壳体。
18.根据权利要求1所述的装置，其中在所述装置与所述导电流体形成接触之后，在所述单元处接收到的信号被发送到所述控制模块，且所述控制模块响应于阻抗来调整电导以进行维持恒定电力输出和维持电力高于最小阈值这二者中的至少一个。
19.根据权利要求13所述的装置，其中在所述装置与所述导电流体形成接触之后，阻抗测量与选自基本上 由以下各项组成的组中的至少一个指标相关:水化状态、药品的存在、胃肠蠕动/波动、胃部通过时间、特定组织类型的存在、特定组织类型的位置。
20.根据权利要求13所述的装置，其中所述阻抗测量单元在多个频率测量阻抗。
【文档编号】H04B7/24GK103781411SQ201280043374
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2011年7月11日
【发明者】杰弗里·伯克曼, 马克·J.·兹德伯雷科, 帕特丽夏·约翰逊, 霍曼·哈菲奇, 乔纳森·惠特灵顿 申请人:普罗秋斯数字健康公司