电子胃肠筛查的制作方法

专利名称：电子胃肠筛查的制作方法
技术领域：
本发明涉及对胃肠状况的检测。更具体而言，本发明涉及能够由缺乏 医学培训的人，例如普通病人实施的胃肠筛査，从而判断是否存在被证明 有必要由经培训的医护人员做进一步检查的胃肠状况。技术领域有很多种利用设置在人的胃肠道内的仪器获得有关人的胃肠道的信息 的技术。例如，可以执行内窥镜检査，从而使经过医学培训的人能够针对 诸如癌组织或癌症前期组织、出血或感染的感兴趣状况直观地检査病人的胃肠道。美国癌症协会建议任何年龄超过50岁的人每隔10年就要做用于 筛査结肠直肠癌的例行结肠镜检査或者每隔5年就要做例行的软式乙状结 肠镜检查。对于这些过程，可能不存在其他指示。结肠镜检査和乙状结肠镜检查存在缺点和限制。这些检査价格相对较 高，并且需要适当的病人准备，以及需要医生花费相当的时间来做这样的 检査。人们往往认为这些检査不舒服，并且使人难堪。而且这些检查还要 求一定程度的麻醉，从而带来相关的风险。另外，过程本身还具有诸如肠 道穿孔的风险。这些检查在医生的办公室或医院中实施，缺乏私密性和便 利性。另外，这些检査无法触及可能产生炎症、出血和癌症的小肠。为了解决结肠镜检查和乙状结肠镜检査的某些缺陷和限制，己经开发 了所谓的"胶囊内窥镜"。它们为自包含(self-contained)设备，其小到能够 穿过胃肠道，并且含有能够在其穿过胃肠道的同时获取用于诊断目的的图 像数据的装置。例如，以色列Yoqneam的Given Imaging公司推出了一种能 够吞入的商标为"PillCam"的设备；随着其穿过消化系统，其能够获取视频 图像，并将视频数据传输至病人佩戴的数据记录器，从而将其存储起来， 以供以后医生通过查看做出诊断。目前，这样的胶囊都是相当昂贵的一次 性设备。医生对所记录的胶囊内窥镜检査数据的解释可能需要以小时为量在授予Alfano等人的美国专利No. 6,240,312以及授予Gazdzinski的美 国专利申请公开文本US2001/0051766A1中公开了各种能够吞入并通过胃 肠道的自包含诊断数据获取设备。这样的设备的目的在于使医生做出诊断， 并要求经过医学培训的人针对该目的査看所获取的数据。可以采用筛查测试辅助判断哪些病人应当接受诊断过程。这样的筛査 测试的预期特性通常包括比筛查所针对的诊断过程的成本更低的成本以及 由未经所述筛査所针对的诊断过程所需的医学培训的某个人，尤其是由受 到筛査的病人进行控制的能力。例如，由于筛査测试有助于判断是否应当 执行结肠镜检查或乙状结肠镜检查，因而病人能够通过执行粪便隐血试验 (FOBT)或粪便免疫化学试验(FIT)来分析病人粪便中是否有血。这样 的粪便带血测试价格相对低廉，而且不需要经过医学培训的人，但是这样 的测试具有缺点。例如， 一些感兴趣的胃肠状况，例如，某些肿瘤不会使 粪便带血。而其他无需针对其执行诊断测试的状况，例如痔疮，有可能使 粪便带血，从而导致阳性FOBT或FIT。尽管FOBT或FIT可以指示带血， 但是其不能指示出血液来源在胃肠道中的位置。FOBT和FIT —般具有较差的灵敏度和特异性。 发明内容以能够在医生办公室之外私密地执行的简单过程进行的种群筛查可能 减少所执行的乙状结肠镜检查和结肠镜检査过程的数量，并且为保健体系 带来显著的节约。希望拥有这样一种胃肠筛查测试，其价格相对较低，能 够由诸如病人的未经医学培训的人控制，并且能够提供与诊断测试的适当 性紧密相关的输出。本发明提供了用于胃肠筛査的电子胶囊以及采用这样 的电子胶囊的胃肠筛查方法。根据本发明的胃肠筛査包括在胃肠道内设置自包含电子胶囊。本发明 的实施例包括电子胶囊，其适于获取响应于胃肠道内的一个或多个物理状 况的数据，并且将所获取的数据与所存储的阈值数据进行比较，以生成与 胃肠道的状况相关的离散输出。可以参考下述说明书、权利要求书和附图 理解本发明的其他特征和方面。7

图1是示出了根据本发明的电子胶囊的某些特征的示意图；图2是示出了可以在图1的电子胶囊中采用的仪器的例子的示意图；图3是示出了根据本发明的第一胃肠筛査方法的流程图；图4是示出了根据本发明的第二胃肠筛查方法的流程图；图5是示出了根据本发明的第三胃肠筛査方法的流程图；图6是示出了根据本发明的第四胃肠筛査方法的流程图；图7是示出了根据本发明的第五胃肠筛查方法的流程图；图8是示出了根据本发明的光响应电子胶囊的例子的某些特征的示意图；图9是示出了可能在正常和癌组织中产生的自体荧光光谱特性的曲线图；图IO是示出了根据本发明的第六胃肠筛査方法的流程图。
具体实施方式
在下述讨论和附图中，带有字母后缀的附图标记是指可以采用没有这 样的后缀的同一附图标记给出一般或总体标引的项目的具体实例或例子。图1通过虚线示出了部分胃肠道106，例如，肠。设置在胃肠道106内 的是含有适于执行胃肠筛査的装置的胶囊100。胶囊100包括仪器102和离 散输出发生器110。胶囊100还包括诸如电池的用于提供工作功率的电源 114。胶囊100还可以包括微处理器或微控制器(未示出)，从而按照文中 所描述的控制所述胶囊或其部 件的操作。仪器102对周围区域中的物理状况104做出响应；选择仪器102对其 做出响应的状况来指示感兴趣的胃肠状况。仪器102可以对其做出响应的 一种类型的物理状况的例子是光，例如，其可以通过组织荧光或反射生成， 在下文中将参考图8描述光响应系统。但是， 一般而言，仪器102可以对 与判断感兴趣胃肠状况的过程相关或者在该过程中釆用的任何一种或多种 物理状况做出响应，所述物理状况包括电、磁、电磁、化学、热和/或机械 状况。胶囊100沿图1中的箭头118指示的方向移动通过胃肠道106;例如， 可以通过肠蠕动引起这样的移动。仪器102通过对邻近胶囊100的区域116 内的物理状况104做出响应来获取与该位置的胃肠道状况相关的数据。例 如，在胶囊100邻近位置116A时，仪器102对物理状况104A做出响应并 获取与位置116A处的胃肠道状况相关的数据；以后，在胶囊100发生移动 并邻近位置116B时，仪器102对物理状况104B做出响应并获取与位置116B 处的胃肠道状况相关的数据。仪器102接收物理状况104，并提供响应于物理状况104提供离散电信 号作为仪器输出108。如在此所使用的，离散信号是其状态是有限数量的可 能预定状态之一的信号。在最简单的情况下，仪器输出108的离散电信号 是双态的；也就是说，其可以基于所获取的数据采取两种可能的状态(例 如，高或低，开启或关闭)之一。但是，仪器102可以为仪器输出108提 供不只两种可能的状态。通过选择仪器输出108可以采取的状态以及对应 于这些状态的物理状况104在筛査测试中提供所期望的信息。例如，仪器 输出108的一种状态可以对应于被认为"正常"的邻近胶囊100的胃肠道的状 况，仪器输出108的另一状态可以对应于被认为"异常"的邻近胶囊100的胃 肠道的状况。离散输出发生器110接收仪器输出108，并提供作为表示筛査测试的结 果的胶囊100的输出的离散输出112，其状态以仪器输出108的状态为基础。 例如，离散输出112的一种状态可以表示在筛查测试过程中检测到了被认 为"异常"的胃肠道的状况，并且应当执行诊断测试，离散输出108的另一状 态可以表示在筛查测试过程中未检测到胃肠道的"异常"状况，因而无须执行 诊断测试。离散输出112的至少一种可能的状态是胶囊100的状态或者由 胶囊100引起的状态，其不同于在采用胶囊100施予筛查测试之前或者在 没有采用胶囊100施予筛査测试时的状态。离散输出112可以包括人可感知的输出，其有助于在判断筛查测试的 结果的过程中人在不接受帮助的情况下采用。人可感知的离散输出112可 以包括可视觉感知的输出。例如，这样的可视觉感知的输出可以包括颜色输出。胶囊100在施予 筛査测试之前可以具有带有第一颜色的区域，如果在筛査测试过程中，胶囊100暴露于对应于指示应当执行诊断测试的胃肠状况的物理状况104下， 那么使胶囊100具有不同于第一颜色的第二颜色。可以通过响应于仪器输 出108打开舱口，并向胶囊100的外部可视的指示器区域内释放物质来实 现颜色变化。所述物质可以是诸如墨水、染料或色素的有色物质，或者引 起指示器区域内的颜色变化化学反应的物质。或者，离散输出发生器110 可以响应于仪器输出108开启外部舱口，并向围绕胶囊的区域内释放有色 物质。可以通过在胶囊100排泄出来后(例如)将卫生间内的水染色而在 卫生间内观察到这样的有色物质。可视觉感知的离散输出112可以包括光输出。例如，离散输出发生器 110可以含有诸如发光二极管(LED)的灯，其照明状态由仪器输出108控 制。例如，可以将LED点亮或者使其闪烁，以指示在筛査测试过程中，胶 囊100暴露到了对应于指示应当执行诊断测试的胃肠状况的物理状况104 下。人可感知的离散输出112可以包括听觉输出。例如，离散视觉输出发 生器110可以包括电声换能器，其生成声调或其他声信号，以指示在筛査 测试过程中，胶囊100暴露到了对应于指示应当执行诊断测试的胃肠状况 的物理状况104下。离散输出112可以包括诸如无线电或红外输出的无线输出。例如，无 线电或红外输出的存在可以指示在筛査测试过程中，胶囊100暴露到了对 应于指示应当执行诊断测试的胃肠道状况的物理状况104下。或者，可以 对无线电或红外输出进行调制，以表示对应于仪器输出108的状态的状态。 除了离散状态信息之外，胶囊100的无线输出还可以包括在筛查测试过程 中获取的数据。可以通过本地接收器接收胶囊100的无线输出，所述本地 接收器从无线输出中提取状态信息(例如，筛査测试的结果为"正常"还是"异 常")和所包含的任何其他数据。可以将这样的信息和数据存储在本地接收 器内，和/或通过网络将其传输给(例如)医学专业人士。图2是示出了可以在图1的电子胶囊中采用的仪器的例子的示意图。 如图2所示，仪器102包括暴露于与胶囊100邻近的物理状况104下的传 感器220，并生成响应于这些物理状况的输出电信号222。信号处理器224 接收并处理传感器输出信号222，从而基于物理状况104提供表示与胃肠道状况相关的所获取的数据226的输出信号。阈值发生器228提供阈值数据 230，其界定了所获取的数据226的可能值的组。例如，如果所获取的数据 226具有一定范围的可能值，那么阈值数据230可以标识出中间值，其形成 了两个组之间的边界，所述两个组之一包括高于所述阈值的一定范围的值， 另一个组包括低于所述阈值的一定范围的值。仪器输出发生器232接收并 比较阈值数据230和所获取的数据226,并且根据所获取的数据落在了由阈 值数据230定义的哪一个数值组内来控制仪器输出108的状态。例如，在被设计为对胃肠组织进行照明并通过其发红程度检测炎症的 仪器102中，传感器220可以是光电探测器，其接收由邻近胶囊100的胃 肠组织反射的光，并产生与所接收的具有红光波长的光的强度成正比的电 流作为输出。信号处理器224可以执行电流到电压的转换和放大，并生成 与光电探测器电流成正比的输出电压。阈值发生器228可以生成表示将可 能的信号处理器输出电压的整个范围划分成两个范围的阈值的输出电压， 所述两个范围为位于阈值之上的范围，其对应于证明人的胃肠状况有必 要进行诊断测试的充分的发红程度，以及低于阈值的范围，其对应于不足 以进行诊断测试的发红程度。仪器输出发生器232可以是具有接收信号处 理器输出电压的输入和接收阈值电压的输入的比较器，其生成的离散输出 的高或低状态由哪一输入更大决定。在上述例子中，信号处理器输出和阈值数据是模拟信号，但是信号处 理器也可能包括模数转换，所述阈值数据可以是存储在存储器内的数字数 据，所述仪器输出发生器可以对数字数据值做出比较。在上述例子中，阈 值数据是将可能的信号处理器输出划分成两个范围的单个值，每一范围对 应于两种可能的仪器输出状态中的一个。但是，阈值数据还可能包括多个 值，例如，将可能的信号处理器输出划分成高、中、低三个范围的一对阈 值，每一范围对应于三种可能的仪器输出状态中的一个。在上述例子中， 将由单个传感器获得的单个所获取的数据信号与针对所获取的数据的阈值 进行比较，但是可以由两个或更多传感器生成所获取的数据信号，并且仪 器输出发生器可能生成作为两个或更多个所获取的数据信号的函数的输出 状态，并且可以生成定义作为两个或更多个所获取的数据信号的函数的状 态的阈值。图3是示出了根据本发明的第一胃肠筛查方法的流程图。在步骤300 中，例如，通过吞服将诸如图1和图2所示的胶囊的胶囊引入到人的胃肠 道内。在步骤310中，通过将仪器输出108设定为对应于证明没必要施予 诊断测试的胃肠状况的状态，我们将其称为"正常"状态来初始化该仪器。离散输出m将处于对应的"正常"状态。在步骤320中，数据获取开始；可以在胶囊100进入希望进行筛查活 动的区域时触发这一步骤。例如，胃的pH通常大约为2-3，小肠的pH通 常大于6，胶囊100可以包括用于检测这种变化的pH响应性仪器，并在胶 囊100离开胃进入小肠时触发数据获取的开始。在步骤330中，通过传感器220和信号处理器224从邻近胶囊100的 区域，例如，从图1所示的位置116A获取数据，其中，传感器220提供响 应于该区域内的物理状况的信号，信号处理器224对这样的信号进行处理， 以生成所获取的数据226。在步骤340中，将所获取的数据226与阈值数据 230进行比较；并基于所述比较的结果设定仪器输出108的状态。在步骤350中监测仪器输出108的状态。如果其状态(在步骤310中 被初始化为"正常"状态)未发生改变，那么不改变离散输出112的状态。胶 囊100通过肠蠕动沿箭头118的方向移动通过胃肠道106，该过程循环至步 骤330，并从连续的位置116B获取数据。如果在胃肠道106内的某一位置 处，在步骤350中判断仪器输出108已经改变，并且处于"异常"状态，那么 在步骤360中，离散输出发生器110将离散输出112的状态设定为对应的"异 常"状态。如已经描述的，例如，这样的离散输出状态可以包括灯照明状态 或者向胶囊100内或胶囊100外释放有色材料的状态。在图3所示的方法 中，在仪器输出108内产生"异常"状态的同时触发离散输出112的"异常" 状态。图4是示出了根据本发明的第二胃肠筛查方法的流程图。步骤400-440 类似于前述步骤300-340。在步骤442中，判断胶囊100是否己经离开了胃 肠道；如果未离开，那么继续通过数据获取和阈值比较进行监测。如果在 步骤442中，判断胶囊100已经离开了胃肠道，并且在步骤450中，判断 仪器输出108已经在数据获取过程中改变到了"异常"状态，那么在步骤460 中，将离散输出112设定到其"异常"状态。如果在步骤450中，判断仪器输出108并未在数据获取过程中变为"异常"状态，那么该过程在步骤462结束。 可以通过各种方式判断胶囊离开胃肠道。例如，胶囊100可以包括随着胶 囊离开人体进入卫生间的水中而适于检测光等级(light level)增加的光电 探测器、适于检测pH变化的pH检测器或者适于检测温度变化的温度检测 器。如图4所示，延迟离散输出的生成，直到胶囊100离开胃肠道为止可 以带来好处，其具有多种原因。例如，其可以节省功率；例如，如果离散 输出包括照明灯，那么在胶囊处于胃肠道内的时候使该灯进行照明将消耗 功率而没有什么好处，可以看出将照明延迟到胶囊离开人体之后能够降低 对电源114的容量要求。延迟可视觉感知的输出的生成直到胶囊100离开 胃肠道为止还可以使可视觉感知的输出更易于感知。例如，如果可视觉感 知的输出包括从胶囊100向其外部环境释放有色物质，从而使其在排泄之 后在卫生间的水中可见，那么如果在胶囊100处于卫生间内时释放一定量 的有色物质，所述一定量的有色物质可以提供更容易觉察的指示。图5是示出了根据本发明的第三胃肠筛查方法的流程图。步骤500-550 类似于前述步骤400-450。图5的方法包括为筛查测试的结果培植信心的方 面。如果对应于"正常"筛查测试的离散输出与施予测试之前的状态(例如， 未点亮的灯或者没有颜色变化)相同，那么在胶囊通过胃肠道之后，该状 态的存在是不明确的。其可能是由于成功地完成了筛查测试并得出了"正常" 结果导致的，也可能是由于胶囊发生故障而导致的。为了避免这样的不明确性，离散输出发生器110提供了至少两个离散输出112的状态，每一状 态均与施予测试之前的输出状态不同，并且图5所述的方法包括响应于仪 器输出108的状态将离散输出状态设定为这些状态之一。例如，对于灯输 出而言，稳定地发光的LED可以对应于"正常"状态，闪烁的LED或者具有 不同颜色的稳定地发光的LED可以对应于"异常"状态，每一这样的状态均 可与未点亮的灯区别开。对于由有色物质的释放提供的输出而言，第一种 颜色的材料的释放可以对应于"正常"状态，第二种颜色的材料的释放可以对 应于"异常"状态，每一种这样的状态均可与没有进行测试所出现的颜色状态 (即，在胶囊内部没有释放有色物质的胶囊的颜色状态，或者在排泄的同 时没有向胶囊外部释放有色物质的卫生间内的水中的颜色状态)区别开。13图6是示出了根据本发明的第四胃肠筛查方法的流程图。步骤600-650 类似于前述步骤300-350。在步骤670中，在仪器输出108变为"异常"状态 的同时，判断胶囊IOO的位置。例如，可以通过电子胶囊检测pH， pH发 生变化表明胶囊离开了胃，该变化之后所经过的时间或者pH本身可以提供 对胶囊位置的近似指示。在步骤672中，将离散输出112的状态设定为指 示既检测到了"异常"状况的存在，又检测到了"异常"状况所处的位置。在执 行诊断测试时可以采用这样的位置信息，来标识应当关注的区域。各种离 散输出既可以指示所检测的"异常"状态的存在，又可以指示其位置。例如， LED可以发生闪烁，以指示"异常"状态，诸如闪烁速率或者重复序列中的 闪烁数量的闪烁模式可以指示检测到"异常"状态的位置。如果所述离散输出 是有色物质的释放，那么可以通过释放不同颜色来指示检测到"异常"状态的 位置。例如，释放第一种颜色可以指示肠管的第一部分中的"异常"状态，第 二种颜色可以指示肠管的第二部分中的"异常"状态，等。图7是示出了根据本发明的第五胃肠筛査方法的流程图。在一些情况 下，对于筛査测试而言，仅指示是否检测出了证明有必要进行诊断测试的 状况可能就足够了。但是，在其他情况下，可能希望采用电子胶囊的筛查 测试能够指示在测试过程中检测到的"异常"区域的数量。图7示出了这样的 测试方法。步骤700-750类似于前述步骤300-350。在图7的方法中，如果 在步骤750中，胶囊100己经移动到了邻近所获取的数据104A使仪器输出 108的状态从"正常"变为"异常"的位置116A处，那么在步骤754中使累加 这样的事件的计数器加1。在步骤756中，将离散输出112的状态设定为指 示计数器中指示的"异常"事件的数量，之后该过程返回至步骤730，并且随 着胶囊IOO通过胃肠道而获取其他数据。例如，在胶囊IOO移动到邻近位 置116B时，如果所获取的数据104B指示"正常"状态，那么仪器输出108 将具有对应的"正常"状态。在胶囊100移动到邻近位置116C时，如果所获 取的数据106C指示"异常"状态，那么仪器输出108将再次将其状态变为"异 常"，并且所述计数器将在步骤754中加1，以反映所述状态变化。指示计 数器内包含的胶囊100所遇到的"异常"位置的数量的离散输出112的状态可 以包括(例如)周期性地闪烁该次数的LED。如参考图4所述，可以延迟 这样的输出直到胶囊100离开胃肠道为止。方法的上述讨论均涉及通过阈值数据230将所 获取的数据226的可能值的范围划分为两组的胶囊 一组含有被视为证明 没必要进行诊断测试并由此被视为"正常"的值，另一组含有被视为证明有必 要进行诊断测试并由此被视为"异常"的值。但是，如图1和图2的讨论所指 出的，仪器输出108和离散输出112可以具有两种以上的可能状态。例如， 阈值数据230可以将所获取的数据226的可能范围划分成更大数量的组， 其表示增加所监测状况的量的数值范围(scale),例如，1到10 (one to ten) 的数值范围，离散输出112可以标识所获取的数据226在这样的数值范围 中所处的位置。这样的系统可以提供几个好处。例如，与筛查测试中的输 出三(output of three)相比，筛査测试中的输出九(output of nine)可以使 病人或医生做出更快的响应，并且进行更彻底的检查。此外，筛查测试结 果的变化可以具有充分的临床显著性，并且提供筛査测试的数字分值的胶 囊能够实现将所实施的不同次的筛查测试的分值进行比较，以检测变化。 相应地，本发明的方法包括离散输出具有三个或更多状态的方法。图8是示出了根据本发明的光响应电子胶囊的某些特征的示意图。胶 囊800是具有图1给出了一般图示的类型的胶囊的更为具体的例子。胶囊800包括灯840，其发射光842，从而照射邻近胶囊800的胃肠道 的一部分。通过传感器820接收从灯840所照射的区域发散的光804。传感 器820包括两个光电二极管846A和846B以及两个滤波器844A和844B。 滤波器844A允许具有第一组波长？iA的光抵达光电二极管846A，滤波器 844B允许具有第二组波长W的光抵达光电二极管S46B。每一光电二极管 846提供了具有值I的输出信号822，其中值I是通过了相关滤波器844的 部分光谱X内的光强的函数。传感器820包括适于测量输入光的光谱分量 的强度的光谱仪。将具有值Im和Ixb的光电二极管输出826A和826B作为输入提供给信 号处理器824。信号处理器824产生输出826，其具有的值是输入强度值的 函数，即，f(LA,LB)。可以通过光响应胶囊800执行的一种类型的筛査测试的例子是基于组 织荧光的测试。在受到紫外线(UV)或蓝光激发时，所有的组织均发出荧 光。将这样的在无需引入外部媒介物的情况下产生的荧光称为自体荧光。对包括肺癌、乳腺癌、食道癌、耳鼻喉癌、结肠癌、膀胱癌和宫颈癌的很 多种形式的上皮癌的研究均涉及在存在癌症前期或癌症损害的情况下产生 的自体荧光的相关变化。在市场上可以买到采用自体荧光进行癌症检测的 标准内窥镜系统。图9是强度I对比波长a的曲线图，其示意性地示出了可能在正常组织 内和可能在癌组织内产生的自体荧光光谱特性。曲线900示出了针对正常 组织的光谱，曲线卯2示出了针对癌组织的光谱。这样的光谱表现出了峰 值，其波长随着组织从正常变为癌变而朝向红色偏移。可以通过测量选定 波长范围入A和入B内的自体荧光强度I完成对正常和癌组织的自体荧光光 谱特性的区分。为此，胶囊800可以包括发射对激发组织自体荧光起作用的波长相对 较短的光的灯840，例如，发射蓝光或UV光的LED，滤波器844的通频带 入A和a B可以如图9所示。信号处理器824对强度信号La和I入b进行处 理，以生成输出826，输出826能够反映自体荧光特性，并且能够将其与阈 值发生器828生成的阈值830进行比较，以标识可疑组织。例如，对于表示正常组织的曲线900而言，La-Ixb是正的，对于表示 癌组织的曲线902而言，la丄b是负的。因而，信号处理器824可以生成 输出826，其为强度差的函数，即，f(LA-LB)。阈值发生器828可以生成处 于针对正常组织和针对癌组织的信号处理器824的输出826的中间的阈值 数据830的值。此外，对于表示正常组织的曲线900， La/Kb大于1，对于表示癌症组 织的曲线卯2，其小于l。因而，信号处理器824可以生成作为强度比的函 数，艮P， f(LA/hB)的输出。阈值发生器828可以生成处于针对正常组织和针 对癌组织的信号处理器824的输出的中间的阈值数据830的值。还可以采 用处于不同波长范围内的光强的其他函数，只要这样的函数能够区分正常 组织和异常组织即可。阈值发生器828可以生成在用于执行特定类型的筛査测试的每一胶囊 100内，例如，针对所有的癌症筛查胶囊均相同的阈值数据830。或者，可 以在执行筛查测试的过程中生成特定胶囊内的阈值数据830。可以预期人的 胃肠道主要含有正常组织，即使其还含有癌组织或癌症前期组织。例如，可以通过求平均或者极限探测处理在筛查测试过程中获取的自体荧光数 据，以获得对应于人的典型胃肠道组织的自体荧光的值，并且可以基于这 样的处理数据生成在筛查测试(或者筛查测试的部分)中采用的阈值数据。例如，可以通过对所获取的数据826的平均值应用乘法或者加法补偿 (additiveoffset)而设定阈值数据830。或者，为了简单，所述装置可以简 单地生成双态仪器输出808，如果La〉Lb，其处于一个状态，如果La〉Lb， 其处于另一个状态，在这种情况下，阈值数据830将简单地是I入a或LB的 当前值的函数。还可以采用图8的装置以自体荧光以外的现象为基础，针对癌症以外 的状况执行筛查测试。例如，可以基于血液和正常组织的反射谱的差异检 测胃肠道内血液的存在，即，可能由癌症之外的原因导致的"异常"状况。 血红蛋白的特征吸收光谱在红光波段，即，600-800纳米波长范围内具有强 反射，在较短波长上存在吸收。正常组织缺少这样的吸收。在适当选择了 诸如滤波器844的特性的参数，通过信号处理器824实施的处理以及阈值 数据830的值的情况下，光804的光谱测量可以区分是否有血。此外，氧 合血红蛋白和脱氧血红蛋白具有不同的吸收光谱，因而胶囊800的光谱测 量能够实现对检测到的血液的相关氧合作用的判断，从而提供额外的诊断、jd i.m数据。比较器832接收并比较阈值数据830和所获取的数据226，并且基于所 述比较控制其输出808的状态，以生成比较器输出808。离散输出发生器包 括视觉输出发生器810，其接收比较器输出808，并提供可视觉感知的输出 812，所述离散输出发生器还包括无线输出发生器880，其接收比较器输出 808，并提供无线输出882。尽管示出了无线输出发生器880和视觉输出发 生器810，但是可以单独采用其一。图8的装置还包括提供用于操作胶囊 800的功率874的电源814。图8示出了根据本发明的电子胶囊中可以任选包括的几个额外部件。 其中包括pH传感器850，其暴露于邻近胶囊800的胃肠道的内容852，并 响应于这些内容的pH生成输出854。文中已经指出，可以采用这样的pH 响应输出确定胶囊800在胃肠道内的位置，或者判断其从胃肠道排出。图8 还示出了可以包括的温度传感器860，其从邻近胶囊800的胃肠道的区域接收热输入862，并响应于该处的温度生成输出854。如文中所述，可以采用 这样的温度响应输出检测胶囊800从胃肠道的排出；还可以采用其检测诸 如炎症的异常胃肠状况。最后，图8示出了控制器870，例如，可以采用微处理器或微控制器实 现所述控制器870。可以采用控制器870控制胶囊800的操作，包括执行在 此所述的方法。在执行所述操作的过程中，从与控制器870接口的胶囊800 的其他部件接收数据872和/或向其发送数据872。控制器870可以实现己 经参考胶囊800的其他部件描述的功能的部分或全部。图8的装置示出了两个光电二极管846，其中的每者具有其自身的滤波 器844。应当理解，可以采用很多种其他构造实现用于这样的装置的光谱仪。 例如，可以采用其他类型的光检测器。可以采用单个光检测器，并且可以 依次改变对入射到其上的光的滤波，从而使检测器在不同的时间对不同的 波长做出响应，或者可以采用成像检测器。可以测量处于三个或更多波长 范围内的光强。尽管阈值数据830可以表示强度阈值，但是其还可以表示 其他参数的阈值。例如，信号处理器824可以生成表示多个波长范围中的 哪一波长范围含有光804的谱峰的所获取的数据826，阈值数据830可以表 示一个或多个波长范围，其中，谱峰对应于"异常"胃肠状况。与具有相 同视场的单个光电探测器传感器相比，具有光电探测器的阵列的传感器能 够实现对胃肠道的异常区域的改进的检测。占据视场的一小部分的异常区 域可以在仅从该区域接收光的光电探测器阵列的元件中提供相对较为容易 检测的信号；当来自异常区域的光与来自正常组织的光在单个光电探测器 的视场内合并时，探测难度增大。对于本发明的筛查应用而言，相对较小 的阵列(例如16X16)就足够了，但是在诊断成像应用中则采用大得多的 阵列(例如，420X420)。图IO是示出了根据本发明的第六胃肠筛查方法的流程图。所述方法采 用了诸如胶囊800的光响应胶囊，并且测量了造影剂的荧光。尽管将所述 方法示作图3的方法的变型，但是也可以将其应用于在此描述的其他方法。所述方法开始于步骤1070，其中，将造影剂引入到病人体内。例如， 通过吞服，或者通过其他途径，例如，通过注射将造影剂引入到胃肠道内。 造影剂有选择地在筛査测试旨在检测的类型的材料，例如病变组织内累积，并且其可以通过与和这样的材料相关的目标分子相结合而在该处累积。造影剂含有荧光分子，例如，染料。希望灯840的光谱特性与造影剂的吸收 光谱匹配。滤波器844的通频带优选与造影剂的发射谱密切匹配，从而使 相关光电二极管846主要响应于造影剂的荧光。在用于利用造影剂的筛査 测试的胶囊800中，有可能采用单个光电二极管846和具有包括造影剂发 射谱的通频带的单个滤波器844。当在步骤1070中将造影剂引入到胃肠道内之后，在步骤1000中，将 胶囊800引入到胃肠道内，并且所述过程如参考图3所述遵循对应于步骤 300-360的步骤1000-1060继续进行。采用造影剂的优点在于，造影剂的荧 光的强度能够大于组织自体荧光的强度，从而得到更为灵敏的测试，可以 仔细设计造影剂，使之与感兴趣组织结合，从而得到更具特异性的测试。造影剂可以是包括几种不同成分的复合试剂，每一成分有选择地与不 同目标材料结合，所述的不同目标材料可能对感兴趣的不同胃肠状况具有 临床意义。因而，胶囊800可以在单一筛査测试中筛查多个状况。这样的 复合造影剂的不同成分可以具有带有不同发射谱的荧光分子，从而能够单 独标识在筛査测试中引起"异常"响应的状况。在被设计为用于这样的筛 查测试的胶囊中，可能希望针对复合造影剂的每一成分具有一个滤波器844 和光电二极管846，其中，每一滤波器通频带与对应的造影剂成分的发射谱 密切匹配。根据本发明的电子胶囊可以包括在筛查测试过程中存储所获取的数据 的存储器。如果筛査测试给出了 "异常"结果，那么可以将存储数据提供 给参与进一步测试的临床医师。为此，在测试之后，可以找回胶囊，将其 交给临床医师，或者，可以通过(例如)无线链路从胶囊下载数据。可以 将这样的存储数据用于对不同次的测试的结果比较。虽然已经参考具体实施例描述了本发明，但是应当认识到，可以在不 背离权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下实现各种变型。因此， 应当按照举例说明的方式考虑说明书和附图，而不应认为其限定了权利要 求的范围。在解释权利要求的过程中，应当理解a)"包括" 一词不排除指定权利要求中列举的元件或动作以外的元件或动作的存在；b)元件前面的单数冠词不排除存在多个这样的元件； C)权利要求中的任何附图标记都不限制其范围；d) 可以通过相同的项目或者硬件或软件实现的结构或功能表示几个 "机构";e) 所公开的元件中的任何一个均可以由硬件部分(例如，包括分立的 和集成的电子电路)、软件部分(例如，计算机编程)及其任意组合构成；f) 硬件部分可以由模拟和数字部分中的一者或两者构成；g) 可以将任何所公开的设备或其部分结合到一起，或者进一步划分成 更多的部分，除非另行明确说明；并且h) 不要求具备任何特定的动作序列，除非另行明确说明。
权利要求
1、一种装置，包括适于从胃肠道内获取数据的仪器，所述数据响应于与所述装置邻近的物理状况，所述仪器还适于基于所获取的数据生成与所述胃肠道的所述状况相关的离散电信号；以及适于生成响应于所述离散电信号的离散输出的输出发生器，所述装置是自包含的，并且适于通过所述胃肠道，以获取所述数据。
2、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述仪器响应于其的所述物理 状况包括光。
3、 根据权利要求2所述的装置，其中，所述仪器响应于所接收的光的 光谱特性。
4、 根据权利要求3所述的装置，其中，所述仪器包括灯，其适于对所述胃肠道内的组织进行照明，并在这样的组织内引发 荧光；以及多个光检测器，其布置为具有不同的光谱响应，所述光检测器适于接 收来自受到所述灯照射的所述胃肠道内的组织的光。
5、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述离散输出包括无线输出。
6、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述离散输出包括人可感知的 输出。
7、 根据权利要求6所述的装置，其中，所述的人可感知的输出包括颜 色输出。
8、 根据权利要求7所述的装置，其中，所述输出发生器适于通过释放有色物质生成所述颜色输出。
9、 根据权利要求6所述的装置，其中，所述的人可感知的输出包括光 输出。
10、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置检测其何时离开所 述胃肠道，并在其离开所述胃肠道之后生成所述离散输出。
11、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述仪器通过将所获取的数 据与阈值数据进行比较来生成所述离散电信号。
12、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述输出发生器适于针对所 述离散电信号的每一可能的状态生成不同的离散输出状态，并且每一离散 输出状态都与从胃肠道内获取数据之前的所述装置的状态不同。
13、 根据权利要求1所述的装置，其中，所述离散输出状态指示胃肠 道内异常状况的存在、数量和/或位置。
14、 一种方法，包括 使自包含装置通过胃肠道；在所述装置通过所述胃肠道的过程中，在所述装置内获取响应于与所 述装置邻近的物理状况的数据；基于所获取的数据生成与所述胃肠道的所述状况相关的离散电信号；以及从所述装置提供响应于所述离散电信号的离散输出。
15、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述物理状况包括光。
16、 根据权利要求15所述的方法，其中，获取数据的步骤包括获取光 谱数据。
17、 根据权利要求15所述的方法，还包括从所述装置发射光，以照射 所述胃肠道。
18、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述离散输出包括无线输出。
19、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述离散输出包括人可感知 的输出。
20、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述的人可感知的输出包括 颜色输出。
21、 根据权利要求20所述的方法，其中，通过从所述装置释放有色物 质提供所述颜色输出。
22、 根据权利要求19所述的方法，其中，所述的人可感知的输出包括 光输出。
23、 根据权利要求14所述的方法，其中，在所述装置离开所述胃肠道 之后提供所述离散输出。
24、 根据权利要求14所述的方法，其中，生成所述离散电信号的步骤 包括将所获取的数据与阈值数据进行比较。
25、 根据权利要求14所述的方法，其中，针对所述离散电信号的每一 可能的状态提供不同的离散输出状态，并且每一离散输出状态都不同于所 述装置通过胃肠道之前的所述装置的状态。
26、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述离散输出的状态指示胃 肠道内异常状况的存在、数量和/或位置。
27、根据权利要求14所述的方法，还包括在使所述装置通过所述胃肠 道之前向所述胃肠道中的组织内弓I入造影剂。
全文摘要
一种胃肠筛查包括将自包含电子胶囊设置在胃肠道内。所述电子胶囊适于获取响应于所述胃肠道内的一个或多个物理状况的数据，并将所获取的数据与所存储的阈值数据进行比较，以生成与所述胃肠道的所述状况相关的离散输出。
文档编号G01N21/25GK101325909SQ200680045975
公开日2008年12月17日 申请日期2006年12月5日 优先权日2005年12月7日
发明者J·清水, K·特罗瓦托 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司