技术领域
[0001] 本
发明涉及智能医疗领域，尤其涉及一种智能胶囊。
背景技术
[0002] 由于许多慢性病(如
精神分裂症)患者在行为规范性与行为模式养成能
力方面都存在较大
缺陷，这种单纯的人工训练可行度往往比较欠缺。为保证病患能够遵照医嘱按时按量服药，一些用药监督产品应运而生。
[0003] 智能药盒是智能医疗领域的先驱产品。但智能药盒也在很大程度上存在局限性。譬如，智能药盒只能判断药物是否被取出药盒而不能判断患者是否服下了药物。对于精神分裂患者，其对药物的不依从性一定程度上源自药物的
副作用带来的对药物的抵触或者对于来自亲属和医疗人员的加害的恐惧。他们在被要求服药时，有可能将药物藏在身上而不服用。对于这种情况，智能药盒很难判断患者是否服药，从而耽误
治疗过程，加重患者的病情。
[0004] 在这样的背景下，“智能药片”这一新兴概念出现。智能药片可通过药片在不同环境下表现出的差异对药物所处的
位置进行监测。如目前比较主流的美国Proteus公司生产的智能药片利用胃酸对其内置芯片进行触发，从而进行
信号的传输。智能药片的出现极大地改善了智能药盒误判率高、监督性差的缺陷，为医生对病患服药情况的实时监督提供的便利，实现了“精准医疗”。
[0005] 但是通过对目前已有的解决方案进行分析，几乎所有的智能药片都需要内置电源进行供电且成本较高。由于智能药片的市场
定位为供广大受慢性
疾病折磨的病患每日服用，而复杂的结构造成的成本上升很可能不利于智能药片在这些病患当中的推广，违背了“普惠医疗”的原则。此外，电源的介入也会对智能药片的可靠性与使用寿命带来一定的影响，不利于对患者药物依从性的稳定监测。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种智能胶囊，基于声表面波
传感器技术，无需电源供电，具有在胃酸环境下才释放的天线结构，增加智能胶囊无线查询的可靠性。结合外部环境参数测量，有利于对患者药物依从性的稳定监测，同时使药物成本降低。
[0007] 本发明的技术方案：
[0008] 一种智能胶囊，其中：所述智能胶囊包括：
[0009] 胶囊
外壳，所述胶囊外壳一侧设置一酸溶性盖，所述胶囊外壳内包括：
[0010] 储药仓，所述储药仓的一侧为所述酸溶性盖，另一侧设置一
活塞，所述储药仓、所述酸溶性盖和所述活塞共同形成一个
密闭空间，于所述密闭空间内用于储存粉末状或者液状的药物；
[0011] 所述活塞背向所述储药仓的一侧连接一螺旋天线，所述螺旋天线具有一预设的目标工作
频率；
[0012] 处理芯片，与所述螺旋天线未连接所述活塞的一侧连接；
[0013] 传感器，固定在所述胶囊外壳的内壁上，所述处理芯片背向所述螺旋天线的一面连接在所述传感器上；所述传感器还通过所述螺旋天线与一外部的阅读器进行通信，所述阅读器用于接收所述传感器输出的传感器信息；
[0014] 当所述储药仓内充满所述药物时，所述螺旋天线被压缩，所述螺旋天线当前的工作频率偏离所述目标工作频率，所述阅读器无法接收到所述传感器输出的所述传感器信息；
[0015] 当所述储药仓内的所述药物通过所述酸溶性盖被溶解后形成的开口全部被释放后，所述螺旋天线恢复原始长度，所述螺旋天线当前的工作频率等于所述目标工作频率，所述阅读器接收到所述传感器输出的所述传感器信息。
[0016] 优选的，上述智能胶囊，其中：所述螺旋天线与所述胶囊外壳的内壁贴合。
[0017] 优选的，上述智能胶囊，其中：所述传感器为声表面波传感器。
[0018] 优选的，上述智能胶囊，其中：所述酸溶性盖为圆柱体且所述酸溶性盖的直径小于所述胶囊外壳的直径，所述酸溶性盖设置于所述胶囊外壳的表面并封闭所述胶囊外壳的表面设置的所述开口。
[0019] 优选的，上述智能胶囊，其中：所述酸溶性盖由酸溶性材质制成。
[0020] 优选的，该智能胶囊，其特征在于，所述处理芯片上还设置一
温度传感器，用于检测所述智能胶囊内部的实时温度；
[0021] 所述传感器信息中包括所述实时温度。
[0022] 优选的，该智能胶囊，其特征在于，所述传感器信息中包括所述智能胶囊的编号信息。
[0023] 优选的，该智能胶囊，其特征在于，每个所述智能胶囊具有唯一标识的所述编号信息。
[0024] 本发明的有益效果：
[0025] 提供一种智能胶囊，其基于声表面波传感器技术，无需电源供电，具有在胃酸环境下才释放的天线结构，增加智能胶囊无线查询的可靠性，并且结合外部环境参数测量，有利于对患者药物依从性的稳定监测，同时降低药物成本。
附图说明
[0026] 图1是本发明一种智能胶囊的结构示意图；
[0027] 图2是本发明一种智能胶囊的胶囊外壳结构示意图；
[0028] 图3是本发明一种智能胶囊的活塞结构图；
[0029] 图4是本发明一种智能胶囊的无线波传感器工作流程示意图。
具体实施方式
[0030] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0033] 如图1所示，本发明提供了一种智能胶囊包括：
[0034] 胶囊外壳1为圆柱体结构，长度不大于35mm，直径不大于15mm，在设计外壳结构时，应保证其圆滑程度与良好的表面工艺。当辅助释药类产品进入人体消化系统后往往在1-2天后排出，基本不会对人的消化系统造成危害。但若胶囊外壳1结构不够光滑，将对患者的吞咽舒适度、肠胃蠕动造成影响。故选择胶囊外壳1材料时，应保证其具备理想的
生物相容性。由于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)在-25-60℃温度环境下机械与化学特性稳定，且加工成品表面光滑，可相对胶囊内壁灵活滑动。加之ABS材料优异的表面硬度与抗冲击强度以保证活塞4推动至胶囊底部过程中活塞4不发生严重形变。同时，ABS无毒、耐
腐蚀的稳定化学性质也使其成为了外壳材料的理想选择。本发明中外壳拟选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物作为制作材料。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物是一种具备高强度、高韧度、高热塑性的高分子材料，
密度与
水相近，约为1.04-1.06g/cm3，满足胶囊外壳1的轻质要求。
[0035] 酸溶性盖3设置在盖胶囊外壳1一侧。为使得患者吞咽与肠胃蠕动时有更小的不适感，本发明中选择外壳造型时选择长度26mm，直径11mm，厚度0.5mm，上下底面倒10mm圆
角的
流线型圆柱壳体；酸溶性盖3与胶囊外壳1一底面胶合，为直径8mm，厚度为0.5mm的圆柱。对于酸溶性盖3，拟采用羟丙基甲基
纤维素(HPMC)这一常用的胃溶性材料制作使得智能胶囊进入患者的胃中后快速被胃酸溶解，从而药物释放出来。胶囊外壳1结构如图2所示。
[0036] 胶囊外壳1内包括：
[0037] 储药仓2，用于放置药物，所述储药仓2的一侧为所述酸溶性盖3，另一侧设置一活塞4。储药仓2、酸溶性盖3和活塞4共同形成一个密闭空间，于密闭空间内用于储存粉末状或者液状的药物。如图3所示，活塞4为圆柱体结构且直径与胶囊外壳的内壁直径相同。活塞4也应该选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物为制作材料。根据胶囊外壳1的大小，活塞4选择半径为5.0mm，厚度为1.7mm的圆柱体，其与螺旋天线5连接的部分开半径为0.5mm，深度为1.5mm的
榫眼。活塞4背向储药仓2的一侧连接一螺旋天线5。
[0038] 由于智能胶囊本质上为一无源测量系统，传感器本身的品质因数、阻抗匹配情况与螺旋天线5的增益均会对传感器6的感应距离造成影响，从而影响胶囊的工作性能。所以对螺旋天线5的种类和规格有较高的要求。法向模螺旋天线不仅具有优良的
辐射能力与较可观的增益，并且由于其形状与胶囊外壳1吻合度高且易于通过压缩或拉伸等方式改变其形状从而改变接收效果，可作为本设计的天线选型。同时法向模螺旋天线5具备效应器与指示器的双重功能，省去了额外的指示单元与依从性判别机构，节省了储药空间和制作成本。
[0039] 本发明中，考虑传感器6、处理芯片7、螺旋天线5、活塞4的综合装配方案，拟设计天线的螺旋部分长度为L＝23mm，
馈线部分长度为1.8mm，天线采用线径d＝1.0mm的记忆形状
合金材料绕制。而为保证天线与胶囊装配的便利性，设计天线螺旋外径为D＝9.8mm。经计算，可得到433MHz的工作频率下，天线
匝数N约为8.3圈。即螺旋天线5具有一预设的目标工作频率，目标工作频率为433MHz。
[0040] 处理芯片7与螺旋天线5未连接活塞4的一侧连接。本发明中处理芯片7可以贴制于一印制
电路板上，也可以采用一
块单独的芯片制成。
[0041] 传感器6，固定在所述胶囊外壳1的内壁上并与处理芯片7连接且传感器6为无源传感器。声表面波(Surface Acoustic Wave简称SAW)传感器具有较长的使用寿命与理想的抗干扰能力，可作为智能胶囊
传感器系统的理想选择。又由于SAW
谐振器相对于延迟器
能量存储能力更强，远距离测量能力更为优异，故选择谐振型SAW温度传感器作为胶囊内置传感器。SAW无线传感器系统由阅读器与SAW传感器两部分组成。
[0042] 对于无源的声表面波传感器模块，根据测量方法的不同可分为基于时域的脉冲查询法与基于频率域的频率扫描法。频域方法虽然可获得更远的测量距离，但容易混淆同频段的发射与接收信号，影响回波信号的动态特性。时域方法利用阅读器发射与谐振器谐振频率相近的脉冲信号对全频带进行频率查找，根据不同频率分量不同的回波特性估计谐振器的谐振频率，节省了扫频方法的频率查找时间。本设计拟采用基于时域的脉冲查询法进行测量。
[0043] 如图4所示为基于SAW的无线测量工作流程：阅读器首先向谐振器发送持续激励的短脉冲，谐振器的能量将渐渐达到稳态，此时阅读器结束脉冲发送并通过双工天线接收来自谐振器的自由衰减回波信号，并最终通过查询单元对回波信号进行频率估计测得谐振器的谐振频率。
[0044] 传感器还通过螺旋天线与一外部的阅读器进行通信，阅读器用于接收传感器6信息，工作人员通过查看阅读器可以判断药物是否被进入患者体内。
[0045] 药物未被吞服时，螺旋天线5处于压缩状态，在胶囊内部构成药仓2放置药物。智能胶囊进入人体胃内后，由于胃酸的腐蚀，酸溶性材质制成的盖将逐渐融化，当粉末状或液态药物在消化道内释放结束之后，由于天线5失去约束将恢复原长，并推动活塞4使得胶囊重新密封。
[0046] 智能胶囊的工作流程可简化为储药待机阶段、释药阶段与体内感应阶段三部分。
[0047] 在储药待机阶段，由于此时螺旋天线5被压缩，其工作频率将偏离目标工作频率(此处假设为民用通信频率433MHz)，阅读器无法查询到胶囊内部的传感器6信息。
[0048] 病患服用智能胶囊后，胶囊将经由食管进入胃内。由于胶囊靠近药仓2一端有一酸溶性盖3，其在胃内胃酸的作用下将逐渐溶解。当酸溶性盖3溶解完毕后，药物将
接触胃液并开始释放，同时由于螺旋天线5约束减弱，螺旋天线5将开始恢复形变。当药物释放完毕后，螺旋天线5将恢复原长，活塞4被推至胶囊底部。
[0049] 此时，螺旋天线5工作频率回到正常的工作频率上(例如443MHz或者其他预先设定的工作频率)，使用传感器阅读器可查询到传感器信息，从而判断胶囊已经经由胃脏被消化。医疗护理人员通过阅读器对病患体内的传感器进行查询便可根据回波信号的有无对患者是否按时按量服药进行判断。
[0050] 采用本发明中的智能胶囊可以对一些无法自觉吞服或者不愿自觉吞服药物的病患进行监控，以保证这些病患能够按时吞服药物，确保治疗效果。
[0051] 以
精神病患者为例，其可能会对吞服药物产生一定程度的抗拒，从而拒绝吞服药物，或者假装吞服药物实则将药物藏好或者丢弃，从而无法保证精神病治疗的效果。采用上述智能胶囊就可以很好地监控精神病患者吞服药物的情况。具体地，在精神病患者服药后，可以采用本发明中与智能胶囊匹配的阅读器在靠近精神病患者肚子的位置尝试接收传感器信息。由于该智能胶囊只有在其中包含的药物被完全释放且天线恢复至原长后才会向外传输传感器信息，因此只有在病患吞服药物并且完全吸收药物后，阅读器才能够接收到传感器信息，这样就能够及时发现病患不肯吞服药物的情况并及时进行纠正，从而保证治疗效果。
[0052] 进一步地，上述传感器信息中可以包括智能胶囊的编号信息(ID)，阅读器通过接收智能胶囊的ID号来判断该智能胶囊是否被病患吞服。
[0053] 更进一步地，不同的智能胶囊的编号信息各不相同，即每个智能胶囊都具有唯一标识的编号信息。阅读器通过接收到的编号信息的数量来判断病患一次吞服了几颗药，随后和预定的
治疗方案进行比较，以判断病患是否严格按照治疗方案吞服药物。
[0054] 更进一步地，上述传感器信息中还可以包括智能胶囊当前内部的温度信息。具体地，在上述处理芯片7内还集成一温度传感器(图中未示出)，用于检测智能胶囊内部的实时温度，并将当前的实时温度包含在传感器信息中。
[0055] 则当阅读器接收到传感器信息后，就可以解析得到其中包含的实时温度。由于病患体内的温度通常稳定在37℃左右，并且可以通过预先测量体温等方式动态把控，这与室外的温度是不同的，因此通过阅读器接收实时温度并判断是否与病患的体温相符的方式同样可以判断病患是否已经吞服药物。
[0056] 以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明
说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
