CN107158552B - 药物输送胶囊及药物输送方法 - Google Patents
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Abstract
一种药物输送胶囊，包括外壳以及顺序设置在外壳内的施药单向阀、第一永磁体、储药囊、电磁线圈、第二永磁体、方位测量与激磁控制模块，在电磁线圈的外围设有光电对管。基于药物输送胶囊的药物输送方法是，采用双磁矢量检测原理，由体外射频收发器无线接收药物输送胶囊的磁矢量信号和方位角信号，由数据处理平台实时求解，实现药物输送胶囊的位置跟踪；待数据处理平台计算到胶囊位置已进入施药目标区域时，通过射频信号触发施药单向阀将药物释放。本发明通过梯度磁场的设置，避免了施药剂量较大时，随着电磁线圈运动行程增加，电磁线圈距磁场源距离增加而导致的磁场驱动力迅速衰减，实现了大剂量药物的释放。
Description
技术领域
本发明涉及医疗用品，尤其涉及一种药物输送胶囊及药物输送方法。
背景技术
目前的胃肠道类慢性疾病大多需要服用药物来进行长期治疗，然而药物治疗效果不佳；此外，对于消化道内增生性病灶，由于口服药物难以直接到达病灶部位或到达病灶剂量过小，从而导致口服药物疗法的失效。因此，若能在炎症、创面、病灶处直接高效地进行给药治疗，既可增强药物的吸收实现高效治疗，并能减小药物的副作用，从而安全无创地实施靶向给药等介入医疗操作。
Phaeton Research(Nottingham，UK)研究开发的Enterion TM药丸外形为Φ1lmm×32mm，利用高频磁场触发控制机构，采用闪烁扫描法(Gamma Scintgraphy)进行药物位置监测，携药量为0.8ml，是当前应用较好的消化道药物定位释放工程系统药丸。该方法在进行药物位置监测时，对被测者造成辐射伤害，需要大型设备使用不便。S.Murad等人利用形状记忆合金在一定条件下逆加工过程自动恢复本来形状的特性，实现药物释放。该方案不能实现多次重复释放，且释放剂量无法控制。R.Groening等人提出了利用气体反应产生的气压作为动力，推动活塞，完成喷药的动作。喷药动作采用高频信号触发，在胶囊内产生感应电流，激发气体反应室的气体开始反应。该方法可实现多次重复药物释放，但触发后等待的时间较长，需要长达数小时。目前的消化道定点药物释放系统，具有如下不足之处：触发时间较长，可能导致施药装置错过目标区域；只能完成单次施药动作。
本发明设计了一种用于消化道的磁驱动式药物定点输送装置。首先由双磁矢量检测技术，跟踪药物输送胶囊的位置；待药物输送胶囊到达特定部位，驱动药物输送胶囊内的执行装置定点输送药物。采用射频触发方式，缩短遥控触发时间；采用梯度磁场力作为施药驱动力，提高药物释放的快速性和可靠性；且实现多次药物释放动作。
发明内容
本发明的目的，就是为了提供一种药物输送胶囊及药物输送方法，以实现施药的可靠性、快速性、药物释放的可控性和多次药物释放动作。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种药物输送胶囊，包括外壳以及顺序设置在外壳内的施药单向阀、第一永磁体、储药囊、电磁线圈、第二永磁体、方位测量与激磁控制模块，在电磁线圈的外围设有光电对管，其中，第一永磁体设有轴向通孔，该通孔的前后分别与单向阀、储药囊连通。
所述第一永磁体和第二永磁体均为沿轴向磁化的圆柱永磁体，并按磁极相反布置，形成梯度磁场。
所述电磁线圈为可动式电磁线圈，电磁线圈的激磁信号由方位测量与激磁控制模块提供。
所述光电对管的个数根据施药次数设置，并均匀间隔布置于电磁线圈的运动行程两侧。
所述方位测量与激磁控制模块包括交变磁信号传感器、交变磁信号信号处理电路、采样及AD转换电路、方位角检测体内电路、方位角信号处理电路、微控制器、激磁电路、体内射频收发器和天线；方位角检测体内电路的输出与方位角信号处理电路的输入相连，方位角信号处理电路的输出经由采样及AD转换电路，连接至微控制器的输入，交变磁信号传感器的输出与交变磁信号信号处理电路的输入相连，交变磁信号信号处理电路的输出经由采样及AD转换电路，连接至微控制器的输入，微控制器与体内射频收发器双向连接，微控制器的输出连接激磁电路的输入，微控制器的输入连接光电对管，激磁电路的输出连接电磁线圈。
基于上述药物输送胶囊的药物输送方法是：在体外设置方位角测量体外模块、位置测量体外模块、体外射频收发器和数据处理平台，采用双磁矢量检测原理，由体外射频收发器无线接收药物输送胶囊的磁矢量信号和方位角信号，由数据处理平台实时求解，实现药物输送胶囊的位置跟踪；待数据处理平台计算到胶囊位置已进入施药目标区域时，通过射频信号触发施药单向阀将药物释放。
采用交变磁矢量传感的原理，并结合基于三轴地磁场和四元数旋转理论的方位角检测，建立空间磁矢量与胶囊位置的数学模型，跟踪药物输送胶囊在消化道内的位置；首先由方位角测量体外模块检测地磁矢量在基准坐标系的分量；同时，胶囊内的方位角检测体内电路检测地磁矢量在动坐标系的分量，并无线传输至数据处理平台，由此获得由基准系到动坐标系的旋转四元数；随后，位置测量体外模块分时对四个磁场源激磁，依次产生交变磁场；由胶囊内的交变磁信号传感器将磁信号转换为电信号，根据磁矢量与空间方位的数学模型，结合旋转四元数理论，求解胶囊的位置。
施药单向阀的开启压力设定为略大于药物输送胶囊的出药口竖直向下时受到的总压力。
本发明的药物输送胶囊配合方位角测量体外模块、位置测量体外模块、体外射频收发器和数据处理平台使用：具有以下优点：
1、采用双磁矢量检测技术和四元数旋转理论，将基准系的交变磁矢量模型变换至运动坐标系，减少了跟踪数学模型的未知量个数，改进了跟踪方法的快速实时性，提高了求解精度。
2、施药驱动装置采用两个永磁体形成的梯度磁场，在其中放置可动式电磁线圈，作为施药的执行机构。梯度磁场的引入，避免了施药剂量较大时，随着电磁线圈运动行程增加，电磁线圈距磁场源距离增加导致的磁场驱动力迅速衰减，可实现大剂量药物的释放。光电对管均匀间隔布置于可动式电磁线圈的运动行程两侧，用于实现多次药物释放动作。
3、采用了施药单向阀的结构，且设置了适宜的开启压力，一方面可使在未施药状态下，储药囊内的药液不会泄露；另一方面，当需要施药时，只需使作用于储药囊上的驱动力大于单向阀的开启压力，即实现了药物释放的功能。为多次施药提供了保障。
附图说明
图1是本发明的药物输送胶囊的结构原理示意图。
图2是本发明中的方位测量与激磁控制模块的组成框图。
具体实施方式
参见图1，配合参见图2，本发明的药物输送胶囊，包括外壳1以及顺序设置在外壳内的施药单向阀2、第一永磁体3、储药囊4、电磁线圈5、第二永磁体6、方位测量与激磁控制模块7，在电磁线圈5的外围设有光电对管8，其中，第一永磁体设有轴向通孔，该通孔的前后分别与单向阀、储药囊连通。
其中的第一永磁体和第二永磁体均为沿轴向磁化的圆柱永磁体，并按磁极相反布置，形成梯度磁场。电磁线圈为可动式电磁线圈。电磁线圈的激磁信号由方位测量与激磁控制模块提供。梯度磁场的引入，避免了施药剂量较大时，随着电磁线圈运动行程增加，电磁线圈距磁场源距离增加导致的磁场驱动力迅速衰减，可实现大剂量药物的释放。
单向阀的开启压力设定为稍大于药物输送胶囊的出药口竖直向下时受到的总压力值。一方面可使储药囊内的药液不会泄露；另一方面，在施药状态下，只需使储药囊上受到的驱动力大于单向阀的开启压力，即可实现药物释放，确保了多次施药的可行。
光电对管包括发光二极管和光敏元件，光电对管的个数根据施药次数设置，均匀间隔布置于可动式电磁线圈的运动行程两侧，用于实现多次药物释放动作。光电对管的个数根据施药次数设置，并均匀间隔布置于电磁线圈的运动行程两侧。
参见图2，本发明中的方位测量与激磁控制模块7包括交变磁信号传感器71、交变磁信号处理电路72、采样及AD转换电路73、方位角检测体内电路74、方位角信号处理电路75、微控制器76、激磁电路77、体内射频收发器78和天线79；方位角检测体内电路的输出与方位角信号处理电路的输入相连，方位角信号处理电路的输出经由采样及AD转换电路，连接至微控制器的输入，交变磁信号传感器的输出与交变磁信号信号处理电路的输入相连，交变磁信号信号处理电路的输出经由采样及AD转换电路，连接至微控制器的输入，微控制器与体内射频收发器双向连接，微控制器的输出连接激磁电路的输入，微控制器的输入连接光电对管，激磁电路的输出连接电磁线圈。
本发明的药物输送方法是，进入体内的药物输送胶囊，由设置在体外的方位角测量体外模块、位置测量体外模块、体外射频收发器和数据处理平台控制进行药物定点输送，其工作过程原理如下：方位角检测采用三轴地磁场检测原理和四元数旋转理论。首先由方位角测量体外模块检测地磁矢量在基准坐标系的分量；同时，胶囊内的方位角检测体内电路检测地磁矢量在动坐标系的分量，经由方位角信号处理电路、采样及AD转换电路送至微处理器，再通过体内射频收发器、天线无线传输至数据处理平台。根据四元数旋转理论，数据处理平台可获得由基准系到动坐标系的旋转四元数。
随后，由位置测量体外模块分时对四个磁场源激磁，依次产生交变磁场。由胶囊内的交变磁信号传感器将磁信号转换为电信号，经由交变磁信号处理电路、采样及AD转换电路送至微控制器，再通过体内射频收发器和天线无线传输至体外射频收发器，由体外射频收发器将数据传送至数据处理平台进行实时处理。数据处理平台根据求出的旋转四元数，将药物输送胶囊的运动坐标系旋转变换至体外的基准坐标系，建立空间磁矢量与胶囊位置的数学模型，对其求解，获得胶囊的位置，实现药物输送胶囊的位置跟踪。待数据处理平台计算到胶囊位置已进入施药目标区域，数据处理平台经由体外射频收发器发出施药触发信号，体内射频收发器借助天线接收到此信号，传输至药物输送胶囊内的微控制器。然后，微控制器输出信号至激磁电路，使电磁线圈通电激磁。借助电磁线圈在梯度磁场中的磁场力作为施药动力源，挤压储药囊，使储药囊内压力大于施药单向阀的开启压力，实现药物的释放。
光电对管由光敏元件和发光二极管组成。当电磁线圈的运动行程达到光电对管的安装位置时，电磁线圈不再处于光电对管之间，因此，光电对管的光敏元件能接收到发光二极管发出的光，光敏元件的输出信号发生改变。胶囊内的微控制器读取到光电对管的输出信号的变化后，微控制器输出信号控制激磁电路，使电磁线圈断电，停止药物的释放。
待数据处理平台计算到胶囊位置已进入下一个施药目标区域时，数据处理平台经由体外射频收发器发出施药触发信号，触发新一轮的药物释放，直到可动式电磁线圈运动到下一个光电对管的安装位置。由此，可实现多次药物释放动作。
Claims (4)
1.一种药物输送胶囊，其特征在于：包括外壳以及顺序设置在外壳内的施药单向阀、第一永磁体、储药囊、电磁线圈、第二永磁体、方位测量与激磁控制模块，在电磁线圈的外围设有光电对管，其中，第一永磁体设有轴向通孔，该通孔的前后分别与单向阀、储药囊连通；
所述第一永磁体和第二永磁体均为沿轴向磁化的圆柱永磁体，并按磁极相反布置，形成梯度磁场；
所述方位测量与激磁控制模块包括交变磁信号传感器、交变磁信号信号处理电路、采样及AD转换电路、方位角检测体内电路、方位角信号处理电路、微控制器、激磁电路、体内射频收发器和天线；方位角检测体内电路的输出与方位角信号处理电路的输入相连，方位角信号处理电路的输出经由采样及AD转换电路，连接至微控制器的输入，交变磁信号传感器的输出与交变磁信号信号处理电路的输入相连，交变磁信号信号处理电路的输出经由采样及AD转换电路，连接至微控制器的输入，微控制器与体内射频收发器双向连接，微控制器的输出连接激磁电路的输入，微控制器的输入连接光电对管，激磁电路的输出连接电磁线圈；
所述电磁线圈为可动式电磁线圈，电磁线圈的激磁信号由方位测量与激磁控制模块提供；所述光电对管的个数根据施药次数设置，并均匀间隔布置于电磁线圈的运动行程两侧。
2.包括权利要求1所述药物输送胶囊的药物输送系统，其特征在于：在体外设置方位角测量体外模块、位置测量体外模块、体外射频收发器和数据处理平台，采用双磁矢量检测原理，由体外射频收发器无线接收药物输送胶囊的磁矢量信号和方位角信号，由数据处理平台实时求解，实现药物输送胶囊的位置跟踪；待数据处理平台计算到胶囊位置已进入施药目标区域时，并通过射频信号控制施药单向阀的启闭，以实现药物释放。
3.如权利要求2所述的药物输送系统，其特征在于：采用交变磁矢量传感的原理，并结合基于三轴地磁场和旋转四元数理论的方位角检测，建立磁矢量与空间方位的数学模型，跟踪药物输送胶囊在消化道内的位置；首先由方位角测量体外模块检测地磁矢量在基准坐标系的分量；同时，胶囊内的方位角检测体内电路检测地磁矢量在动坐标系的分量，并无线传输至数据处理平台，由此获得由基准坐标系到动坐标系的旋转四元数；随后，位置测量体外模块分时对四个磁场源激磁，依次产生交变磁场；由胶囊内的交变磁信号传感器将磁信号转换为电信号，根据磁矢量与空间方位的数学模型，结合旋转四元数理论，求解胶囊的位置。
4.如权利要求2所述的药物输送系统，其特征在于：施药单向阀的开启压力设定为略大于药物输送胶囊的出药口竖直向下时受到的总压力。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20200908 |