专利名称：消化道智能释药胶囊系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种消化道智能释药胶囊系统及方法，用于在动物或人体的肠道进行智能药 物释放，属于生物医学工程技术领域。
背景技术：
消化道诊疗胶囊系统是近年来消化道诊疗技术发展的重要方向。随着微电子技术的发展， 具有诊疗功能的消化道诊疗电子胶囊系统的部分产品已经进入临床应用，当前技术包括具有 消化道摄像功能的胶囊内窥镜、消化道参数检测的检测胶囊、以及具有遥控药物释放功能的 遥控释药胶囊等。2001年以色列Given Imaging公司率先推出了临床无线内窥镜M2A,获得 美国FM认证，M2A胶囊内镜长为30mra，直径为llmm,利用CMOS图像传感器采集图像，采 集速度为2祯/秒，其微功耗的专用集成电路确保M2A图像采集时间长达8小时，患者在检査 期间可以自由活动是M2A突出的优点，国内重庆金山科技公司研制了 0M0M胶囊内镜，已经进 入临床应用。药物控制释放胶囊系统是消化道药物释放系统中的重要分支，用于在体外专用 设备的监测与遥控下精确地实现消化道特定部位药物释放，由于技术成本的原因，目前在临 床治疗方面应用较少，主要作为药物开发中的人体药物吸收研究工具，重庆大学郑小林等人 开展了遥控释药胶囊的研究，并研制出实用化产品。
在临床中，部分消化道疾病需要局部给药以提高疗效，降低副作用，例如小肠出血，该 疾病往往位于肠道的深部，传统的线缆式内窥镜难于到达该部位，而且在插入过程中可能会 造成肠道创伤。而当前主要基于生物材料的口服剂型，如各种胶囊制剂等，无法准确地在小 肠出血部位释放药物，难于起到良好的治疗效果。另外，当前的部分控释制剂，尽管能够根 据肠道的酸碱度的变化而崩解，但是，由于人体的个体差异非常大，而且制剂崩解的影响因 素也不仅仅只有酸碱度一个影响因素，因此导致当前根据消化道酸碱度变化释放药物的控释 制剂难于可靠控制。另外，部分消化道疾病的发病部位，具有生化特征变化或者微生物特征 变化，而当前的控释制剂难于可靠响应这些变化，无法在最佳的部位释放药物。因此，迫切 需要一种能够智能的识别消化道病变特征，能够在消化道病变最佳治疗位置释放药物的新型 消化道给药系统。
发明内容
本发明的目的JI克服现有技术的不足，提供一种可检测消化道内的特征参数并智能释放 药物的消化道智能释药胶囊系统及方法。 本发明的技术方案如下所述
消化道智能释药胶囊系统，包括释药电子胶囊、信息处理装置，所述释药电子胶囊包括 外壳、微型电池、传感器模块、释药功能模块、中央控制模块，上述部件封装在外壳内部，
所述传感器模块以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者生化参数，传感器模块的输 出端连接到中央控制模块的输入端，中央控制模块和释药功能模块具有电子信号连接通路， 释药功能模块包括释药驱动器和储药仓，中央控制模块和信息处理装置之间具有电子信号连 接通路。
所述技术方案中的信息处理装置可以为一个便携式装置，包括电池组、电源开关、数据 处理模块、数据存储模块、信号无线接收与发射模块、天线、数据接口，所述释药电子胶囊 中的中央控制模块包括无线电信号发射及接收芯片。所述技术方案中的信息处理装置也可以 为一个信息处理芯片，该信息处理芯片封装于释药电子胶囊中，所述释药电子胶囊中的中央 控制模块和所述信息处理芯片具有电子信号电路连接。
所述技术方案中中包括的释药电子胶囊中的传感器模块包括图像传感器、或者包括颜色 传感器、或者包括血红蛋白检测传感器、或者包括酸碱度传感器、或者包括温度传感器、或 者包括压力传感器、或者包括微生物传感器、或者上述传感器的任意组合。
所述技术方,中释药电子胶囊可以包括一个微型磁控开关。
所述技术方案中，释药驱动器包括微推进器，所述微推进器为微化学推进器或者微机械 推进器。所述技术方案中，释药功能模块也可以包括释药驱动器阵列及储药仓阵列，其中的 释药驱动器阵列包括微推进器阵列。
适用于所述消化道智能释药胶囊系统的消化道智能释药方法，包括以下步骤(l)步骤 1，传感器模块以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者生化参数，(2)步骤2，传 感器模块将检测信息以电信号方式传递给中央控制模块，(3)步骤3，中央控制模块将检测 信息传递给信息处理装置，(4)步骤4，信息处理装置对检测信息进行分析和处理，(5) 步骤5，检测信息判断，如果检测信息低于信息处理装置中预先设定的阈值，则重复前面的 步骤1-4，检测信息一旦达到信息处理装置中预先设定的阚值则进入步骤6， (6)步骤6， 信息处理装置向中央控制模块输出一个释药控制电信号，(7)步骤7，中央控制模块接收该 释药控制电信号并在该释药控制电信号的作用下，向释药功能模块发出释药控制指令，(8) 步骤8，释药功能模块中的驱动器将储药仓中的药物释放出释药电子胶囊。
所述的消化道智能释药胶囊系统释药方法，还可以包括以下步骤中央控制模块向释药 功能模块发出释药控制指令的同时，以无线电信号的方式向体外发射一个释药指示信号。
本发明的工作过程及原理为
以患者进行肠道释药治疗为例说明本发明的工作过程及工作原理。在治疗之前，患者要 进行必要的肠道清理等准备工作。在医生的指导下，患者吞服释药电子胶囊。释放电子胶囊 进入人体消化道后，传感器模块开始工作并以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者 生化参数，这些参数可能包括图像参数、或者酸碱度参数、或者压力参数、或者微生物含量 等，或者这些参数的组合。传感器模块的输出端连接到中央控制模块的输入端，传感器模块 将检测信息以电信号方式传递给中央控制模块，中央控制模块和信息处理装置之间具有电子 信号连接通路，中央控制模块将检测信息传递给信息处理装置，信息处理装置对检测信息进 行分析和处理，如果检测信息低于信息处理装置中预先设定的阈值，则重复前面的步骤，检
测信息一旦达到信息处理装置中预先设定的阈值，信息处理装置向中央控制模块输出一个释 药控制电信号，中央控制模块接收该释药控制电信号并在该释药控制电信号的作用下，向释 药功能模块发出释药控制指令，释药功能模块中的驱动器将储药仓中的药物释放出释药电子 胶囊。
本发明与现有技术相比，其突出的技术效果为本发明的系统及其方法能够实时地检测 消化道的物理化学及生化等参数，在上述参数进行处理的基础上智能地控制药物释放，从而 实现药物在最佳的时间、最佳的位置释放于消化道中，在一个集成的微型诊疗系统中实现了 检测、分析判断及药物释放治疗的自动化、智能化处理过程，是一种新型的无创的智能消化 道疾病诊疗系统及方法。
图1是本发明的消化道智能释药胶囊系统的一种组成示意图。
图2是本发明的消化道智能释药胶囊系统的另外一种组成示意图，信息处理装置为便携 式装置。
图3是本发明的消化道智能释药胶囊系统的另外一种组成示意图，信息处理装置为信息 处理芯片并封装于释药电子胶囊中。
图4是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图5是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图6是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图7是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图8是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图9是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图10是本发明的消化道智能释药胶囊系统中^]传感器模块的一种组成示意图。
图11是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图12是本发明的消化道智能释药胶囊系统中的传感器模块的一种组成示意图。
图13是本发明的消化道智能释药胶囊系统中包括图像传感器的传感器模块结构示意图。
图14是本发明的消化道智能释药胶囊系统中包括颜色传感器的传感器模块结构示意图。
图15是本发明的消化道智能释药胶囊系统的一种组成示意图，包括微型磁控开关。
图16是本发明的消化道智能释药方法的一种流程示意图。
图17是本发明的消化道智能释药方法的另一种流程示意图。
在图1至图15中
l一释药电子胶囊，2—信息处理装置，3 —外壳，4一微型电池，5—传感器模块，6—释 药功能模块，7 —中央控制模块，8—释药驱动器，9一储药仓，10—电池组，11-电源开关，12-数据处理模块，13-数据存储模块，14一信号无线接收与发射模块，15—天线，16-数据接口， 17-图像传感器，18-颜色传感器，19-血红蛋白检测传感器，20-酸碱度传感器，21-温度传感 器，22-压力传感器，23-微生物传感器，24-微型发光器件，25-透镜，26-透明光学罩，27 微型磁控开关
具体实施例方式
本实施例的消化道智能释药胶囊系统整体组成如图1所示。所述消化道智能释药胶囊系 统包括释药电子胶囊l、信息处理装置2，所述释药电子胶囊1包括外壳3、微型电池4、传 感器模块5、释药功能模块6、中央控制模块7，上述部件封装在外壳3内部。所述传感器模 块5以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者生化参数，传感器模块5的输出端连接 到中央控制模块7的输入端，中央控制模块7和释药功能模块6具有电子信号连接通路，释 药功能模块6包括释药驱动器8和储药仓9，中央控制模块7和信息处理装置2之间具有电 子信号连接通路。
信息处理装置2主要用于接收、分析处理传感器检测的信息、并作出分析判断，如果检 测信息满足预先设定的释药条件，则信息处理装置2向释药电子胶囊发出释药控制信号。本 实施例中，信息处理装置2为一个便携式装置，如图2所示，包括电池组IO、电源开关ll、 数据处理模块12、数据存储模块13、信号无线接收与发射模块14、天线15、数据接口16， 所述释药电子胶囊l中的中央控制模块7包括无线电信号发射及接收芯片。具体实施中，信 息处理装置2也可以为一个信息处理芯片，该信息处理芯片封装于释药电子胶囊l中，所述 释药电子胶囊1中的中央控制模块7和所述信息处理芯片2具有电子信号电路连接，如图3 所示。
实施例中，释药电子胶囊1中的传感器模块5可以包括图像传感器17、或者包括颜色传 感器18、或者包括血红蛋白检测传感器19、或者包括酸碱度传感器20、或者包括温度传感 器21、或者包括压力传感器22、或者包括微生物传感器23、或者上述传感器的任意组合。 由于组合方式众多，在本说明书中不一一列举，在图4至图12中，给出了几种典型的传感器 组合方式。(1)如图4所示，传感器模块5包括了图像传感器17、血红蛋白检测传感器19、 酸碱度传感器20、温度传感器21、压力传感器22、微生物传感器23共6种传感器，上述多 种传感器的组合，可以获得丰富的消化道内的物理化学及生化参数，通过多种参数的分析， 可以对消化道内的病变状态获得更为准确的判断。(2)如图5所示，传感器模块5包括了图像 传感器17、血红蛋白检测传感器19两种传感器，所述两种传感器的组合，对于肠道出血具 有最佳的诊断效果，从图像信息和血红蛋白信息两个方面来判断肠道是否出现出血情况。(3) 如图6所示，传感器模块5包括了图像传感器17,图像传感器17的功能是获得肠道中的图 像，在实际中，考虑道肠道中是漆黑的环境，因此，与图像传感器配套使用微型发光器件， 用于照明， 一般可采用微型发光二极管，如图13所示，传感器模块5包括微型发光器件24, 透镜25,透明光学罩26，图像传感器一般选用CCD图像传感器或者COMS图像传感器。(4) 如图7所示，传感器模块5包括了颜色传感器18，在实际中，同样考虑道肠道中是漆黑的环 境，因此与颜色传感器配套使用微型发光器件，如图14所示，传感器模块5包括微型发光器 件24，透明光学罩26。 (5)如图8所示，传感器模块5包括了血红蛋白检测传感器19。 (6) 如图9所示，传感器模块5包括了酸碱度传感器20。 (7)如图10所示，传感器模块5包括了 温度传感器21。 (8)如图11所示，传感器模块5包括了压力传感器22。 (9)如图12所示，传 感器模块5包括微生物传感器23。上述传感器在消化道临床检验中均具有相应的临床意义， 此次不再一一陈述，在产品制作中，上述各种传感器均具有微型化的产品，在具体制作及生
成制造中，可以根据传感器的组合及性能指标，选择合适的传感器器件。传感器模块5均由 微型电池4供给能量，传感器模块5获得的数据传递给中央控制模块7,中央控制模块7控 制传感器模块5的工作时序、采样频率等。
本实施例中的释药电子胶囊1可以包括一个微型磁控开关27，如图15所示，该磁控开 关优选为常闭型，释药电子胶囊1在吞服前，胶囊靠近一个永磁体，在磁场作用下，微型磁 控开关27处于电路断开状态，电源供电被切断，释药电子胶囊l中的电路均不工作，在吞服 时，释药电子胶囊1离开永磁体，微型磁控开关27闭合，电路导通，微型电池向释药电子胶 囊l中的各电路功能模块供电，释药电子胶囊l开始工作。
本实施例子，释药驱动器8可以包括微推进器，微推进器可以为微化学推迸器或者微机 械推进器，微推进器具有能量效率高、体积小、易于集成的优点。在具体实施中，释药功能 模块6也可以包括释药驱动器阵列及储药仓阵列，其中的释药驱动器阵列包括微推进器阵列， 利用微推进器阵列的技术效果是可以在中央控制模块7的控制下进行多次药物释放，关于微 推进器和微推进器阵列的制造，可以基于当前的微系统加工技术进行， 一般基于硅微加工工 艺进行，当前已经具有成熟的相关参考工艺。
本实施例提供了适用于消化道智能释药胶囊系统的消化道智能释药方法，具体包括以下 步骤(l)步骤l,传感器模块5以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者生化参数。 (2)步骤2，传感器模块5将检测信息以电信号方式传递给中央控制模块7。 (3)步骤3, 中央控制模块7将检测信息传递给信息处理装置2。在该步骤中，如果信息处理装置2为位 于体外的便携式装置，则该步骤包括中央控制模块7将检测信息以无线电信号的方式发射至 体外，位于体外的信息处理装置接收该信号；如果信息处理装置2为一个信息处理芯片且该 信息处理芯片封装于释药电子胶囊l中，则该步骤中，中央控制模块7直接将检测信息通过 电子信号电路传递给信息处理芯片。(4)步骤4，信息处理装置2对检测信息进行分析和处 理。(5)步骤5，检测信息判断，如果检测信息低于信息处理装置中预先设定的阈值，则重 复前面的步骤1-4，检测信息一旦达到信息处理装置中预先设定的阈值则进入步骤6。 (6) 步骤6，信息处理装置2向中央控制模块7输出一个释药控制电信号。在该步骤中，如果信 息处理装置2为位于体外的便携式装置，则该步骤包括信息处理装置2向中央控制模块7以 无线电信号的方式发射一个释药控制电信号，中央控制模块7中的无线电信号接收芯片接收 该信号；如果信息处理装置2为一个信息处理芯片且该信息处理芯片封装于释药电子胶囊1
中，则该步骤中，信息处理芯片直接将检测信息通过电子信号电路传递给中央控制模块7。 (7)步骤7，中央控制模块7接收该释药控制电信号并在该释药控制电信号的作用下，向释 药功能模块6发出释药控制指令。(8)步骤8，释药功能模块6中的释药驱动器8将储药仓 9中的药物释放出释药电子胶囊1。
实施例中所述的适用于消化道智能释药胶囊系统的释药方法还可以包括以下步骤中央 控制模块7向释药功能模块6发出释药控制指令的同时，以无线电信号的方式向体外发射一 个释药指示信号。该释药指示信号可以被位于体外的便携式信息处理装置2接收，也可以是 另外一个专用的信息接收装置，接收到该释药指示信号可以用于确认药物释放动作已经进行。
权利要求
1.消化道智能释药胶囊系统，其特征在于所述系统包括释药电子胶囊、信息处理装置，所述释药电子胶囊包括外壳、微型电池、传感器模块、释药功能模块、中央控制模块，上述部件封装在外壳内部，所述传感器模块以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者生化参数，传感器模块的输出端连接到中央控制模块的输入端，中央控制模块和释药功能模块具有电子信号连接通路，释药功能模块包括释药驱动器和储药仓，中央控制模块和信息处理装置之间具有电子信号连接通路。
2. 根据权利要求1所述的消化道智能释药胶囊系统，其特征在于所述信息 处理装置为一个便携式装置，包括电池组、电源开关、数据处理模块、数 据存储模块、信号无线接收与发射模块、天线、数据接口，所述释药电子 胶囊中的中央控制模块包括无线电信号发射及接收芯片。
3. 根据权利要求1所述的消化道智能释药胶囊系统，其特征在于所述信息 处理装置为一个信息处理芯片，该信息处理芯片封装于释药电子胶囊中， 所述释药电子胶囊中的中央控制模块和所述信息处理芯片通过电子信号电 路相连接。
4. 根据权利要求1所述的消化道智能释药胶囊系统，其特征在于所述释药 电子胶囊中的传感器模块包括图像传感器、或者包括颜色传感器、或者包 括血红蛋白检测传感器、或者包括酸碱度传感器、或者包括温度传感器、 或者包括压力传感器、或者包括微生物传感器、或者上述传感器的任意组合o
5. 根据权利要求1所述的消化道智能释药胶囊系统，其特征在于所述释药 电子胶囊包括一个微型磁控开关。
6. 根据权利要求1所述的消化道智能释药胶囊系统，其特征在于所述释药 驱动器包括微推进器，所述微推进器为徼化学推进器或者微机械推进器。
7. 根据权利要求1所述的消化道智能释药胶囊系统，其特征在于所述释药 功能模块包括释药驱动器阵列及储药仓阵列，其中的释药驱动器阵列包括 微推进器阵列。
8. 适用于权利要求1， 2， 3， 4， 5, 6， 7所述的消化道智能释药胶囊系统的 消化道智能释药方法，其特征在于包括以下步骤(l)步骤l，传感器模块 以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者生化参数；(2)步骤2，传 感器模块将检测信息以电信号方式传递给中央控制模块；(3)步骤3，中央 控制模块将检测信息传递给信息处理装置；(4)步骤4，信息处理装置对检 测信息进行分析和处理；(5)步骤5，检测信息判断，如果检测信息低于信 息处理装置中预先设定的阈值，则重复前面的步骤1-4，检测信息一旦达到 信息处理装置中预先设定的阈值则进入步骤6; (6)步骤6，信息处理装置 向中央控制模块输出一个释药控制电信号；(7)步骤7,中央控制模块接收 该释药控制电信号并在该释药控制电信号的作用下，向释药功能模块发出 释药控制指令；(8)步骤8，释药功能模块中的释药驱动器将储药仓中的药 物释放出释药电子胶囊。
9. 根据权利要求8所述的消化道智能释药胶囊系统释药方法，其特征在于所 述方法还包括以下步骤中央控制模块向释药功能模块发出释药控制指令 的同时，以无线电信号的方式向体外发射一个释药指示信号。
全文摘要
消化道智能释药胶囊系统及方法，用于在动物或人体的肠道进行智能药物释放，系统包括释药电子胶囊、信息处理装置，所述释药电子胶囊包括外壳、微型电池、传感器模块、释药功能模块、中央控制模块，上述部件封装在外壳内部，所述传感器模块以设定的时间间隔检测消化道内的物理化学或者生化参数，并根据传感器模块检测信息智能进行药物释放，本发明的系统及其方法能够实时检测消化道的物理化学及生化等参数，在上述参数进行处理的基础上智能地控制药物释放，从而实现药物在最佳的时间、最佳的位置释放于消化道中，是一种新型的无创的智能消化道疾病诊疗系统及方法。
文档编号A61K9/52GK101352343SQ20081006971
公开日2009年1月28日 申请日期2008年5月21日 优先权日2008年5月21日
发明者刘洪英, 周承文, 伟 唐, 刚 王, 皮喜田, 郑小林 申请人:重庆大学