CN101926097B - 采用通信信道的穿体通信系统 - Google Patents

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Abstract

提供了采用通信信道的穿体通信系统。各个方面包括例如:体内发射器,用以传送编码信号;穿体功能模块,用以促进编码信号的通信;以及接收器,用以接收编码信号。也提供了方法和设备。

Description

采用通信信道的穿体通信系统
相关申请的交叉引用
按照35U.S.C.§119(e),本申请要求如下美国临时专利申请的提交日期的优先权:2007年11月27日提交的序列号60/990562,2007年11月27日提交的序列号60/990567和2007年11月27日提交的序列号60/990572;这些申请出于各种目的而通过引用被并入本文。
背景技术
通信在当今的世界中起重要作用。穿体(transbody)通信例如越来越多地用于医疗应用中。术语“穿体通信”一般指的是信号从体内(in vivo)位置到接收器位置(例如第二体内位置)的传输,接收器位置与身体(body)等等身体外地相关联。
然而,通信可能易受误差影响。具体而言,有噪声的(noisy)传输环境可能使通信数据失真和破坏。有噪声的传输环境包括身体。另外,通信设备可能在与通信数据有关的信号生成和测量中出错。
而且,各种设备和设备的组合可能要求高功耗,导致身体内的设备的相对短生命周期。这样的短生命周期可能导致置换外科以及其它不便的、昂贵的和/或高风险的规程。
照此,不断需要经由持久的设备所提供的无误差数据和准确的通信。特别感兴趣的是开发通信信道,所述通信信道可以被容易地部署以把信息从体内位置可靠地传送到位于身体中的或与身体紧密物理邻近的接收器。
发明内容
系统包括:体内发射器,用以传送编码信号;穿体功能模块,用以促进编码信号的通信;以及接收器,用以接收编码信号以至少促进准确的穿体通信并节省功耗。该系统还包括信标(beacon)功能模块、跳频功能模块以及冲突避免功能模块中的至少一个。也提供有关的方法和设备。
附图说明
图1图解包括具有穿体功能模块的穿体通信系统的通信环境。
图2更详细地图解图1的穿体功能模块。
图3A图解提供比传送信号重复周期更长的监听(sniff)周期的信标唤醒(wakeup)模块。
图3B图解提供短但频繁的监听周期的信标唤醒模块并且提供长传送分组。
图4A图解谐振窄带模拟电路。
图4B图解经典的功率检测电路。
图5图解具有长期的连续波音调的信标功能。
图6图解信标功能,其中信标与一个频率相关联并且消息与另一个频率相关联。
图7图解与两信标方案相关联的信标功能。
图8图解与其中频率是时间的函数的信标信号相关联的信标功能。
图9还图解与其中频率是时间的函数的信标信号相关联的信标功能。
图10图解具有一种冲突避免技术的冲突避免功能。
图11A-11D图解具有另一种冲突避免办法的冲突避免功能。
图12A和12B图解具有用于检测有噪声的环境中的低振幅信号的技术的冲突避免功能。
具体实施方式
提供了采用通信信道的穿体通信系统。各个方面促进有噪声的环境中的准确通信以及提供增强的功率节省特征。更具体地,各个方面可以与穿体通信系统相关联,例如与身体相关联的体内发射器和信号接收器(在本文中有时被称为“接收器”)。接收器可以被配置为接收和解码来自体内发射器的信号。发明的各个方面特征在于采用具有例如经由穿体功能模块的穿体功能的特定通信信道。也提供有关的方法。
本发明可以广泛地应用于医疗和非医疗领域。医疗领域包括例如与各种医疗和治疗设备(例如心脏设备、可摄取设备等等)相关联的穿体通信系统。非医疗领域包括例如身体相关设备,诸如包含生理感测功能的游戏设备等等。
图1图解包括穿体通信系统102的通信环境100。穿体通信系统102包括例如体内发射器104、穿体功能模块106和接收器108。在各个方面,体内发射器104经由穿体通信模块104把信号(例如编码信号)传送到接收器108,如在下文中详细描述的。
1.0体内发射器
体内发射器的实施方式可以变化很大。一般而言,体内发射器102包括能够传送信号(例如编码信号)的任何体内设备。
在各个方面,体内发射器102可以与各个设备(例如心脏相关设备、可摄取设备、神经刺激相关设备)、药物等等相关联。体内发射器102例如可以与这样的设备、药物等等完全或部分地集成。
这样的设备的一个示例是在PCT申请序列号US2006/016370中描述的支持制药信息学的医药组合物(composition)。另一个示例是在美国临时专利申请序列号60/949223中描述的可摄取事件标记器(IEM)和个人接收器。又一个示例是在PCT/US2007/15547中描述的智能肠胃外设备。再一个示例是在美国临时专利申请序列号60/989078中描述的智能可植入流体输送设备。其它示例包括在美国专利号5919210、5989352、6699200和6895275中描述的可植入生理事件记录器;在PCT申请WO2006/116718中描述的各种系统和方法。其它示例包括PCT申请序列号PCT/US2007/022257、PCT/US07/24225、PCT/US08/56296、PCT/US2008/56299和PCT/US08/77753、以及美国临时申请号61/034085和61/105346。前述的每个通过引用被全文并入本文。+
由设备传送的信号一般包括任何信号、数据、标识器(identifier)以及其代表物等等。信号包括编码信号,例如在源头编码而在目的地解码。信号的示例包括药物的标识器、肠胃外递送设备、可摄取事件标记器等等(出处同前)。
2.0穿体功能模块
信号可以经由穿体功能模块106从体内发射器104传送到接收器108。穿体功能模块106通常使用能够促进信号、数据等等的准确接收和/或促进低功耗的(一个或多个)协议、通信信道等等。这样的穿体功能模块106包括信标功能、跳频功能以及冲突避免功能。在下文中详细地讨论每个前述功能。
在各个方面,穿体功能模块106和/或(下文中描述的)其子模块的一个或组合可以被实施为:软件、例如数字信号处理软件;硬件,例如电路;或者其组合。
用于传输的通信介质可以不同。在一个方面,患者的身体可以被用作信号的传导介质。照此,经由体液等等在体内发射器和接收器之间传导信号。在另一个方面,经由射频(RF)传输来传送信号。本领域的技术人员将意识到其它通信介质也是可能的。
图2更详细地图解图1的穿体功能模块106。在各个方面,穿体功能模块包括信标功能模块200、跳频功能模块202以及冲突避免功能模块204。
2.1信标功能模块
各个方面可以采用信标功能模块200。在各个方面,信标功能模块200可以采用以下中的一个或多个:信标唤醒模块200A、信标信号模块200B、波/频率模块200C、多频模块200D以及调制信号模块200E。
信标功能模块200可以与信标通信例如信标通信信道、信标协议等等相关联。对于本公开而言,信标典型地是作为部分消息被发送的或用于增强消息的信号(在本文中有时被称为“信标信号”)。信标可以具有明确定义的特性,诸如频率。信标可以在有噪声的环境中被容易地检测并且可以用于对监听电路的触发器,诸如上述的那些。
在一个方面,信标功能模块200可以包括具有唤醒功能的信标唤醒模块200A。唤醒功能一般包括仅在特定时间期间以高功率模式操作的功能,所述特定时间例如用于特定目的(例如为接收信号等等)的短周期。关于系统的接收器部分的重要考虑在于其具有低功率。这个特征可能在植入式接收器中有利于提供小尺寸并且维持来自电池的长期运行的电源。信标唤醒模块200A可以通过使接收器在非常有限的时间段内以高功率模式操作而实现这些优点。这种的短占空比可以提供最优的系统尺寸以及能量汲取特征。
在实际中,接收器可以周期性地“醒来”并且处于低能耗从而经由例如监听电路来执行“监听功能”。对于本申请而言,术语“监听功能”一般指的是用于确定是否存在发射器的短的低功率功能。如果监听功能检测到发射器信号,则该设备可以转变到较高功率通信解码模式。如果不存在发射器信号,则接收器可以返回例如立即返回到休眠模式。以此方式,在不存在发射器信号的相对长时段期间节省能量,而在存在传送信号的相对少的时段期间使高功率能力保持可用于高效解码模式操作。
若干模式以及其组合可以可用于操作监听电路。通过使特定系统的需要与监听电路配置匹配,可以获得优化的系统。
图3A图解信标唤醒模块200A,其中监听周期300长于传送信号重复周期302。时间函数被提供在x轴上。如所示,传送信号周期性地重复且监听功能也是如此。在实际中,实际上监听周期300一般长于传送信号重复周期302。在各个方面,在监听周期之间可能存在相对长的时间段。以此方式,保证例如被实施为监听电路的监听功能在每次监听电路活动(active)时使至少一个传输发生。
图3B图解信标唤醒模块200A,其中短但频繁的监听周期306和长传送分组308被提供。监听电路将在传送时间期间的某个时刻激活。以此方式,监听电路可以检测传送信号并且切换到高功率解码模式。
另外的信标唤醒方面是以连续的模式提供“监听”功能。与上面提供的办法相比,穿体信标传输信道的这个方面可以利用总能耗是平均功耗与时间的乘积这一事实。在这个方面,系统可以通过具有很短的活动周期而使总能耗最小化,在这种情况下活动周期被平均下至小数。可选地,提供低的连续监听活动。在这种情况下,该配置提供足够低的功率以便传输接收器连续地运行且总能耗处于针对特定系统参数的适当水平。
该系统可以是无源的。提供电路实施方式的两个例子。
图4A图解了包括输入天线402、电感器404和电容器406的谐振窄带模拟电路400。在各个方面,谐振窄带模拟电路400可以具有高阻抗。可以提供被调谐到所传送信号的频率的LC谐振器。横跨LC电路的电压可以被测量并且流入比较器。当电压测量超过某个值时,可以触发门。电路然后进入高功率模式。
图4B图解经典的功率检测电路408。功率检测电路408可以是本领域已知的那些功率检测电路,诸如在AM无线电中用来给出指示无线电信号的接收的光信号的那些功率检测电路。在一个方面,功率检测电路408是LC谐振电路,即储能电路。当存在LC谐振频率的信号时,LC储能电路‘打铃(ring up)’。因为电路具有高Q,所以其电压急剧地增大。该电压由二极管整流。当该电压超过由Vref设定的阈值时,比较器被触发。比较器通知微处理器存在信号/电路并且引导其进入高功率模式。
每个上述电路可以被很低地供电并且可以仅包括无源部件,除了比较器之外。比较器也可以具有很低的功率。每个电路可以连续地操作。每个电路可以通知微处理器何时存在发射器(例如信号被传送)从而进入高功率模式。对于这些电路中的每一个,有用的先决条件可以是明确定义的发射器频率。
与当前穿体通信信道相关联的一种类型的信标信号是连续波、单频音调。在这种情况下,当图4A或4B中的电路被调谐到正确的频率时,连续的单频音调触发它们中的任一。
信标信号模块200B可以提供数字检测的信标信号,如图3A或3B所示。这可以通过用A->D转换器采样信标信号来完成。信标信号被置于数字处理系统中。信标信号由具有很强特性的单频音调进行检测。
在图5中提供这样的系统的示例。
图5图解例如经由波/频率模块200C具有长时段的连续波音调的信标功能。在一个方面,信标信号由长时段的连续波音调组成。这个连续波音调具有保持信息的调制部分和未调制部分两者。在这个频域中,典型地存在一段明确定义的频率。该调制趋向于使频谱拖尾(smear)。波音调的这个部分用作信标。其在频域中具有单音调并且在频谱图中可容易辨别。
前面所示的任一方法可以检测单频音调。这个频率音调提醒处理电路:消息将要来临。其然后移到解码模式以便可以理解消息。在图5中,这被示为一个分组。
图6图解信标功能,其中信标与一个频率(例如信标信道)相关联并且消息与另一个频率(例如消息信道)相关联。例如当系统正在处理多个传送信号时,这种配置可能是有利的。实线代表来自传送信号1的信标。虚线代表来自传送信号2的信标。在各个传输情形下,传送信号2的信标可能与传送信号1的信标重叠,如所描绘的。
消息信号1和消息信号2可以处于与其相应信标不同的频率。一个优点可能在于来自传送信号2的信标根本不会干扰来自传送信号1的消息,即使它们同时被传送。相比而言,如果在图5所示的示例中采取办法,则来自第二传送信号的信标将很可能使来自第一传送信号的消息模糊(obscure)。
在这种情况下,信标信道是明确定义的频带。在其中实际传送数据的信道中提供消息。消息信道中的不同消息之间的干扰可以通过下面描述的冲突避免来处理。虽然图6示出带有两个发射器,但是修改该系统以使其扩展到更多的收发器对本领域的普通技术人员是显而易见的。特定系统的要求在某种程度上可以制定该系统的特定架构。
图7图解与两信标方案(例如信标1和信标2)相关联的信标功能。在这种情况下,在信标信道的频率和消息信道的频率之间存在明确定义的数学关系。如果信标是连续波信号或者带有很简单调制的信号,则检测信标信号的载波频率将是简单的事情。在一种情况下,例如信标处于频率2f而消息处于频率f,如图7所示。在这种情况下,f的值可以根据信标信道进行确定。结果,如果消息将被解调,则确切地知道该频率。
这个方面尤其可以用来解决频率不确定性。这种办法可以为没有明确定义的载波频率的消息信道调制提供可工作的系统。
这样的消息信道调制的一个示例是扩展频谱调制。企图本身且独自确定扩展频谱调制的频率可能很难,因为在频谱中不存在明确定义的峰。然而,用明确定义的数学关系使信标信道伴随消息信道允许根据信标信道精确地确定消息信道频率。然后可以基于该信息来解调消息信道。
以上将信标描述为连续单频音调。然而,在另一个方面,信标可以在其上具有简单调制。这样的方面的示例是使用开关键控(OOK)或者简单频率调制。在各个方面,有特定效用的是由主硅振荡器的两个不同分频比产生的频移键控(FSK)两音调信标信号。这可以提供唯一的频谱特征(spectral signature)并且两个音调的频率比对于硅振荡器(例如IEM硅振荡器)的频率漂移而言是不变的。频率比度量可以提供所检测的信号源自优选的源设备(例如IEM)的高概率。这种办法给予信标能够与其它干扰信号唯一识别的独特特征。以此方式,系统不用冒将信标与来自环境的其它干扰机(jammer)混淆的风险。频率的一个主要特性在于其独特地突出,并且就载波频率而言仍然具有明确定义的数学关系。
图8图解与其中频率是时间的函数的信标信号相关联的信标功能。对于发射器可能发生的一个问题在于载波频率由硅振荡器设定而不由晶体振荡器设定。这给特征频率引入了很大的不确定性。该频率的确定就解码分组和检测信标频率两者而言可能是主要挑战。
图4A和4B中提供的电路提供这种办法的示例。如果这些电路具有高功率(Q),则频率不确定性可以使信标落在监听电路的响应函数之外。因此,如图8和9所示,可以采用另一种类型的信标。在某个范围上使频率700斜变(ramp)以提供消息。提供两个窄带滤波器。信号从f斜变到f。两个窄带滤波器例如经由多频模块200D被调谐到频率f1和f2。频率f1和f2落在f和f之间。
滤波器在f1处的输出示出没有功率,在信标频率在时间t1处斜变经过f1时示出功率尖峰,然后示出没有功率。类似地,滤波器在f2时的输出将示出没有功率,在信标频率在时间t2处斜变经过f2时示出功率尖峰,然后示出没有功率。
通过建立定时窗口比较器,采用在t1和t2之间的时间差上触发的模拟监听电路。这可以被数字地或以模拟的办法实施。在这种情况下,当电路被设定在时间t1时,如果时间t2落在某个定义的窗口t0内,则其指示存在信号。
该斜变是很独特的特征。频率f1启动(firing)将被检测到,并且(按照示例)10ms后f2启动被检测。如果这两个事件发生在定义的时间间隔t0加或减t’内,则其指示信号存在。然后唤醒电路被触发。所得到的设计提供很低功率的模拟电路。该电路的重要应用是确定如图8所示的频率。
例如可以经由调制信号模块200E来调制信标以确保其特征将是独特的。这种方法的一种方式是让信标在两个频率之间交替。当这种交替被检测到带有明确定义的频率差以及明确定义的时间段时,已经检测到信标而不是某个背景信号的置信水平会很高。在频率调制键控办法中可以用开关键控来获得类似的结果。
任何标准的调制技术可以被应用于信标以给予其独特的特性。在各个方面,数据可以被印记在信标上以避免其与任何其它信号相混淆。在各个方面,监听电路仅触发开启该信标。
存在可用于避免干扰的多种信标办法。在与图6有关的思想中,如果存在同时传送的两个信标,则发射器1可以经由多频模块200D具有处于多个频率的信标以避免来自干扰的影响。在有关的办法中,该方面仅仅是让信标处于不同的频率以避免信标之间的竞争。
在各个方面,信标和数据信道的频率比对可摄取事件标记器系统中的频率误差而言是不变的以提供编码信号的检测的另外保证。
2.2跳频功能模块
各个方面可以采用跳频功能模块。跳频功能模块202可以与(一个或多个)特定通信信道、跳频协议等等相关联。照此,各个方面可以利用一个或多个跳频协议。例如,接收器可以搜索传输可以落在其中的指定频率范围。当获得单个正确的解码时,体内发射器完成了其把其数字信息有效载荷传送到接收器的任务。
例如经由随机模块202A通过随机跳频所提供的传送频率不确定性可以产生多个好处。一个这样的好处例如可以是容易实施在小裸片上。为说明起见,体内发射器载波频率振荡器可以是不准确的自激振荡器,其容易被实施在1mm裸片的一小部分上。容易忍受在+/-20量级的准确度。这是因为接收器采用频率搜索算法。
另一个这样的好处可以是延长的电池寿命。为说明起见,在发射器电池寿命例如三到十分钟期间,发射器在可以由频率捷变接收器接收的清晰(clear)信道上进行传送的概率可能由于随机跳频而显著增强。
再一个好处可以是在高容积环境中最小化的冲突事件。为说明起见,当多个体内发射器例如可摄取事件标记器潜在地同时进行传送时,诸如在多个可摄取事件标记器被同时(或时间紧密接近地)摄取的情况下,冲突概率的最小化。换句话说,不用跳频功能,可能存在类似一批的可摄取事件标记器将在相同(或几乎相同)频率上进行传送的高概率,从而导致多个冲突。
在某些方面,用于容积传导应用的有用频谱从大约3kHz变化到150kHz。通过详细的动物研究,已经观测到在某些环境中具有在1到100μV范围内的所接收信号电平的上述体内发射器可能在相同频谱中与数百到数千μV量级的窄带干扰信号竞争。为了减轻干扰信号的破坏性性质,可以采用跳频信道或协议,其中体内发射器使在每个传输上输出的窄带传送信号(例如调制信号诸如二进制相移键控(BPSK)信号或FSK信号)随机地跳频。
2.3冲突避免功能模块
各个方面可以采用冲突避免功能模块。冲突避免功能模块可以与(一个或多个)特定通信信道、冲突避免协议等等相关联。照此,各个方面可以利用与(一个或多个)特定通信信道相关联的各种冲突避免协议技术。冲突避免技术可能例如在其中存在两个或更多体内发射器例如其中个体摄取多个IEM的环境中特别有用。在这样的环境中,如果各个体内发射器连续地发送其信号,则一个的传输可能使来自所有其它体内发射器的传输模糊。结果,检测信号失败可能显著地增大。
各个方面可以单独地或以各种组合地包括各种冲突避免办法。
一个这样的办法采用多个传送频率。通过使用频率选择性滤波,以f1进行广播的发射器可以与以f2进行广播的发射器区分,即使它们同时进行传送。在图9中图解了这种办法的替换方案。
图10图解例如经由发射器模块204A的第一冲突避免技术,其中发射器1在f1上进行广播。发射器2在f2上进行广播。例如经由多个带通滤波器模块204E提供接收器和两个带通滤波器。带通滤波器1对f1敏感,带通滤波器2对f2敏感。一旦来自发射器(例如与药丸(pill)1和药丸2相关联的两个IEM)的信号分别通过其相应的带通滤波器,这些信号去往解调器。在各个方面,这些解调器可以被实施为单独的模拟电路或被实施在数字域中。以此方式,可以避免冲突。
图11A-11D图解另一种冲突避免办法。在各个方面,(一个或多个)特定通信信道可以例如经由占空比调制模块204B采用占空比调制,其中发射器不需要一直进行传送。如果两个发射器例如xmtr1和xmtr2不同时进行传送,则它们将不会彼此干扰。例如,如果使用具有低占空比(诸如10%时间广播而90%时间关闭)的两个发射器,则在概率上这些信号将彼此重叠的机率仅有20%。以此方式,可以避免冲突。
参考图11A,存在仅10%时间接通的发射器1例如xmtr1。存在也仅10%时间接通的发射器2例如xmtr2。当然,存在它们将同时传送的某个概率。然而,该概率可以通过改变占空比和频率扩展来控制。结果,如果这两个传送周期略微不同,则它们将彼此达到和离开干扰(come in and out of interference each other)。然而可以通过例如分别经由颤振(dither)模块204F和扩展频谱模块204D颤振占空比和频率扩展来控制该重叠。以此方式,可以避免原本会发生的冲突。
参见图11B,虚线发射器xmtr2具有比实线发射器xmtr1略短的周期。即使发射器同时开始广播,在一些数量的传输之后,发射器彼此不对准。结果,它们现在相互不同并且可以避免原本会发生的冲突。
参考图11C,可以通过具有振荡器频率的扩展来获得类似的效果。在实际中,用于这些发射器的硅振荡器在频率上具有百分之几的扩展。频率上的1%差别意味着:在100个传输之后,开始相互同相的两个振荡器1008、1010不再相互同相。各个方面可以基于频率分布或者这些频率也可以被编程为明确不同,例如具有某个周期范围。使电压控制的振荡器频率颤振的噪声也可以产生这种频率扩展。
参考图11D,重试周期被随机化。在这个示例中,xmtr1厂播,然后在再次广播之前等待某个随机的时间段。然后xmtr1在再次广播之前等待另一个随机的时间段,诸如此类。Xmtr2同时开始广播。然而,在这种情况下其在下一传输之前等待随机的时间,并且在下一传输之前等待另一个随机的时间,诸如此类。以此方式,可以通过影响重试周期的标准差来控制两个发射器同时广播的概率。
这种办法可以基于被预先编程到芯片内的伪随机序列。其也可以是基于真正物理随机数发生器(热噪声)或者基于芯片上的序列号。由于每个发射器具有唯一的序列号,所以序列号的一些低位可以用来直接或通过使用线性移位寄存器来编程这个随机化时间。
穿体传输信道的另外方面使用扩展频谱传输来调制该传送消息。这种办法可以是直接扩展频谱或跳频扩展频率。作为示例,在这个万面可以采用针对蜂窝电话开发的任一码分多址(CDMA)技术,其允许多个蜂窝电话在相同的频率上广播而没有干扰。这个方面也可以是基于扩展频谱中的任一公知码,诸如Gold Code(金码)或Kasami(卡沙米)码。
在概率上解决要应对的挑战。如此选择码以使得存在足够多的如下情况:具有相同码的两个发射器同时广播的概率足够小。这种办法与使用信标来找出载波频率的思想相联系,因为扩展频谱传输一般没有明确定义的载波频率。例如根据信标来确定该信息。
在某些应用中,组合不同技术是有用的。按照示例,当存在长占空比时,扩展频率传输可能特别有价值。在这种情况下,发生冲突的概率是长占空比的概率乘上扩展频谱的概率。对组合技术不存在任何约束。
在计算中,表明占空比非常适用于同时操作的两个或更多发射器。然而,对于某些应用,当在重叠的时帧中存在多于五个提供数据的发射器时占空比方法失效。
支持占空比的最简单方法是例如经由重传随机化模块204C增加重传随机化。通过增加重传随机化的几个比特,立即使得该影响不大明显。在这个方面,系统可以容易区分五个到十个同时传输。
为了得到超过十个传输,扩展频谱是一种感兴趣的办法。由于系统变成许多同时发射器,即使一个具有短占空比,但是多个发射器传送的总时间变为相当大部分时间并且冲突变得不可避免。
在要求仅少数发射器的系统中,系统设计可以依靠使用更简单的办法,诸如长占空比。当已知发射器的频率时,在受控的环境中可以采用多个传输频率。对于三个到十个发射器而言,重传随机化工作良好。超过十个发射器时,扩展频谱是可以采用的一种办法,并且其可以将扩展频谱与其它技术进行组合。
关于长占空比的绘图示出对于三个同时发射器而言存在发射器由于冲突而未被检测的机率大约为1%。这在一分钟传送间隔期间。一些发射器系统的一个重要特征在于发射器具有有限的寿命。在其中发射器具有很长寿命的系统中,这些问题可能不存在。
对于其它种类的植入式传感器,仍然存在对功耗的很重要考虑。如果在足够清晰以供传送信号的窗口可用之前系统必须等待一小时,则发射器在整个那段时间都在使用功率。
当系统具有更复杂的发射器时展现另一种可能性。发射器可以收听静寂信道,例如等待直到其没有听到任何东西传送并然后进行传送。
根据使用多少不同码,扩展频谱办法是可量化的。当使用Kasami码集时,存在32000个不同码。在这种情况下,两个发射器在相同码上传送的概率是1/(32000)2。该概率随着发射器的数目而几何上升。即使没有为选择具有不同码的发射器做任何事情,并且依靠码选择的随机化,其也支持几十个(如果没有几百个)发射器。
在某些方面,系统的接收器被配置成选择性地接收给定频谱的静寂部分中的信号。图12A示出用于解决检测有噪声的环境中的低振幅信号的问题的方面。解决该问题的一种办法是找出噪声频谱中的静寂地方。接收器的检测器被编程到该频带。发射器周期性地在该频带中进行广播。
图12A和12B图解用于检测有噪声环境中的低振幅信号的技术。参考图12A,在其中接收器勘测噪声频谱的情况下,功率是频率的函数。存在噪声区、静寂区、接着是噪声区。广播被提供在静寂区中,因为在该区中有最少量的干扰。
在图12B中,以多个不同频率例如斜变方案进行传输。在各个方面,可以使用其它方案,诸如跳频或随机方案。典型地,所选择的方案将密集地覆盖感兴趣的频带。在实际中,发射器将最终跳到静寂频带中并最终在静寂频带中进行传送。通过使接收器仅在该静寂频带中收听,由于极好的信噪比(SNR)而存在接收/解码该信号的良好机会。
其中采用接收器来仅接收静寂频带的上面配置不局限于具有如本申请的其它地方所描述的冲突避免信道的系统。作为代替,如在任一以下申请中描述的接收器可以被配置成仅接收静寂信道:2007年11月19日提交的且题为“Active Signal ProcessingPersonal Health Signal Receivers”的PCT申请序列号US2007/024225;WO 2006/116718;60/866581;60/945251;60/956694、60/887780和2006/116718;这些申请的公开通过引用并入本文。
为了说明一些前面的概念,在一个方面传输被分解成两个信道。第一信道用来广播数据。执行百分之一或二的占空比。通过随机化重广播率来增强对冲突的免疫性。第二信道用来广播唤醒信标。执行百分之一或二的占空比。分组率在10毫秒范围内。当不关注冲突时,信标传输很短,在100到200微秒的范围内。信标和数据信道载波从相同的振荡器生成,因此从信标可以计算数据载波。接收器将每10到30秒接通达10毫秒持续时间。如果观测到信标,则接收器将保持接通以执行完全解调和解码。否则,接收器将返回到休眠。
在某些方面,上面的系统被修改为包括频率颤振到分组间隔颤振。
在某些方面,上面的系统被修改为包括25kHz(640微秒)、1-2%占空比的16个载波周期的较长持续时间传输。这与窄带滤波器兼容性相符合。
在某些方面,上面的系统被修改以使得在较低信道上调制如BPSK或OOK。
在某些方面,上面的系统被修改以使得在较高信标信道上调制如OOK突发。
在某些方面,上面的系统被修改以使得将简单的多维奇偶校验码用于FEC(前向纠错)。
3.0接收器
在本文中有时被称为“接收器”的信号接收器一般包括能够经由一个或多个特定通信信道接收信号例如传导性地接收信号的任何设备或部件。
这样的接收器的一个示例是上述个人接收器。在以下申请中描述接收器的另一个示例:公开为WO 2006/116718的PCT申请序列号PCT/US2006/016370;公开为WO 2008/063626的PCT申请序列号PCT/2007/24225;公开为US2008/052845的PCT申请序列号PCT/US2008/52845;这些申请的公开通过引用并入本文。
各个方面包括尺寸被制成以基本不影响活受检者的移动的方式与所述活受检者稳定相关联的接收器的移动配置。在某些方面,接收器具有小尺寸。为说明起见,接收器可以占用大约5cm3或更少(诸如大约3cm3或更少,包括大约1cm3或更少)的空间体积。在某些方面,接收器具有近似从10mm2变化到2cm2的芯片尺寸。
感兴趣的接收器可以包括外部和可植入接收器两者。
3.1外部接收器
在外部方面,接收器可以是体外的(ex vivo),即在使用期间存在于身体之外。外部接收器可以以任何便利的方式被配置。例如,在某些方面,外部接收器可以被配置为与期望的皮肤位置相关联。照此,在多个方面,外部接收器可以被配置为接触受检者的局部(topical)皮肤位置。感兴趣的配置包括但不局限于贴片(patch)、腕带(wrist band)、腰带(belt)等等。例如,佩戴在外部且配有适合的接收电极的手表或腰带可以用作依据本发明一个方面的接收器。接收器可以提供其它通信路径,经由该路径患者或保健医师可以提取所收集的数据。例如,植入式收集器可以包括医师可以与其通信的例如在405MHz医疗设备频带中操作的常规RF电路。医师可以例如经由数据获取设备(诸如杖笔(wand)等等)进行通信。
在接收器包括外部部件的情况下,该部件可以具有用于提供例如音频和/或视觉反馈的输出设备。示例包括可听警报、LED、显示屏等。外部部件也可以包括接口端口,可以经由该接口端口将该部件连接到计算机以用于读出存储于其中的数据。按照其它示例,该设备可以由固定带(harness)定位,该固定带戴在身体之外并且具有在不同位置附着到皮肤的一个或多个电极。
在某些外部方面,接收器可以被配置为与患者仅暂时地即瞬时地接触或相关联。例如,接收器可以在药丸、可摄取事件标记器等等实际上正被摄取时被关联/附着/处于接触。
为说明起见,接收器可以被配置为具有两个指状电极或手柄的外部设备。在摄取支持制药信息学的药丸之后,患者触摸电极或抓住手柄以完成与接收器的传导电路。在信号从药丸发射时,例如当药丸溶解在胃中时,通过接收器来拾取由药丸的标识器所发射的信号。
在某些方面,外部接收器可以包括小型化电子元件,其与电极集成以形成绷带型贴片,该贴片具有在应用时接触皮肤的电极。绷带型贴片可以例如经由粘附层或其它构造而可拆除地附着。还可以包括电池和电子元件。绷带型贴片可以被配置为定位在受检者的期望的目标皮肤部位上,例如胸、背、躯干的侧部等上。在这些方面,绷带电路可以被配置为接收来自受检者内的设备例如来自支持制药信息学的医药组合物的标识器的信号,并然后把这个信息中继到外部处理设备,例如PDA、智能电话、移动电话、手持式设备、计算机等等,如在其它地方更详细描述的那样。可以容易适用于本系统的绷带型设备包括但不局限于美国专利号6315719等中描述的那些设备,这些申请的公开通过引用并入本文。
3.2可植入接收器
在某些方面,接收器可以是可植入的,即被设计和/或配置用于植入到受检者中。植入可以是暂时的或永久的。在这些方面,接收器在使用期间在体内。一般而言,可植入接收器可以在存在于生理环境中时维持功能达各个时间段,所述生理环境包括身体内发现的高盐、高湿度环境。时间段例如包括几分钟到八十年。更特定的时间段包括例如一个或多个小时、一天或多天、一周或多周、一个月或多个月以及一年或多年。
对于可植入方面,接收器可以具有任何便利的形状,包括但不局限于胶囊形、圆盘形等等。各种接收器可以具有相对小尺寸。这些小尺寸可以例如通过引入可再充电电池来获得。在一方面,可再充电电池具有大约两周的寿命。在另一个方面,可再充电电池从各种源给例如患者的床中的线圈自动充电。接收器可以被配置为放置在多个不同的位置处。位置的示例包括例如腹部、腰背部(small of the back)、肩部(例如在那里放置可植入起搏器)等。
在某些可植入方面,接收器是独立设备,即没有物理连接到任何其他类型的可植入设备。在其它方面,接收器可以物理地耦合到第二可植入设备,例如用作一个或多个生理传感器的平台的设备。这样的设备可以是诸如心血管引线(lead)之类的引线。为说明起见,心血管引线可以包括一个或多个不同的生理传感器,例如其中所述引线是多传感器引线(MSL)。感兴趣的可植入设备还包括但不局限于可植入起搏器、神经刺激器设备、可植入循环记录器等等。
接收器可以还包括用于接收感兴趣的信号的接收器元件。接收器可以包括各种不同类型的接收器元件,其中接收器元件的性质必然根据由信号生成元件产生的信号性质而改变。在某些方面,接收器可以包括用于检测由信号生成元件发射的信号的一个或多个电极。为说明起见,可以给接收器设备提供以预定距离分散的两个电极。预定距离可以允许电极检测差动电压。该距离可以改变,并且在某些方面从大约0.1变化到大约5cm,诸如从大约0.5到大约2.5cm,例如大约1cm。在某些方面,第一电极与导电的身体元素(例如血)接触,而第二电极与相对于所述导电身体元素的电绝缘身体元素(例如脂肪组织(脂肪))接触。在可替换方面,采用利用单个电极的接收器。在某些方面,信号检测部件可以包括用于检测由信号生成元件发射的信号的一个或多个线圈。在某些方面,信号检测部件包括用于检测由信号生成元件发射的信号的声检测元件。
接收器可以以各种方式处理所接收的数据。在一些方面,接收器仅仅例如经由常规RF通信将数据重传到外部装置。在其它方面,接收器处理所接收的数据以确定是否要采取一些动作,诸如操作在它的控制下的效应器,从而激活可见或可听警报、传送控制信号到位于身体内其它地方的效应器,等等。在其它方面,接收器存储所接收的数据以便随后重传到另一个设备或者用于后续数据的处理,例如检测某个参数随时间的变化。接收器可以使用所接收的数据执行这些和/或其它操作的任何组合
在某些方面,记录在数据存储元件上的数据包括施予给患者的每个组合物的时间、日期和标识器(例如全球唯一序列号)中的至少一个(如果不是全部的话)。标识器可以是组合物或其编码版本的常用名称。记录在接收器的数据存储元件上的数据还可以包括接收器与之相关联的受检者的医疗记录信息,例如标识信息,诸如但不局限于姓名、年龄、治疗记录等等。在某些方面,感兴趣的数据包括血液动力计量。在某些方面,感兴趣的数据包括心脏组织属性。在某些方面,感兴趣的数据包括各个生理学度量或参数,例如压力或容积计量、温度、活动、呼吸率、pH值等等。
如上面所概述的,接收器可以被配置为具有很小尺寸。在某些方面,接收器的期望功能用一个或多个集成电路和电池来获得。发明的方面包括具有至少一个接收器元件的接收器,例如为一个或多个电极(诸如两个间隔开的电极)和功率发生元件(例如电池,其中该电池可以是可再充电的)的形式、等等,如上面所提及的。照此,在某些方面,功率发生元件被转换成从外部位置无线地接收功率。
在接收器中可以存在的另外元件包括但不局限于:信号解调器,例如用于解码从支持制药信息学的标识器发射的信号;信号发射器,例如用于将来自信号接收器的信号发送到外部位置;数据存储元件,例如用于存储关于所接收的信号的数据、生理参数数据、医疗记录数据等等;时钟元件,例如用于将特定时间与诸如信号的接收之类的事件相关联;前置放大器;微处理器,例如用于协调接收器的一个或多个不同功能。
接收器的可植入版本的方面将具有生物兼容的外壳、两个或更多感测电极、电源,所述电源可以是原电池或可再充电电池或通过感应地广播到线圈(broadcastinductively to a coil)来供电的电源。接收器也可以具有电路,所述电路包括:解调器,用于解码所传送的信号;某一存储装置,用于记录事件;时钟;以及传送到身体外部的路径。在某些方面,可以省略时钟和传送功能。发射器可以是用于将来自本地数据存储装置的信息移动到外部数据存储装置的RF链路或传导链路。
对于外部接收器,各方面包括具有与皮肤相对的电极、解调器、存储装置和电源的结构。通信可以是无线的或通过一个或多个传导介质(例如电线、光纤等等)来执行。
在某些方面,相同的电极用于接收和传送信号。一种模式可以是手表,其与身体传导地接触。为了将来自植入物的数据移动到手表,电流可以从衬垫被发出并由手表接收。存在可以采用的用于促进传输到身体之外的多种RF技术,诸如使用线圈的感应方案(protocol)。可替换地,可以采用电场,例如使用绝缘电极。
在某些实施例中,本接收器的部件或功能块存在于集成电路上,其中集成电路包括多个不同的功能块,即模块。在给定接收器内,功能块中的至少一些(例如两个或更多直至包括所有)可以存在于接收器中的单个集成电路中。单个集成电路意指包括所有不同功能块的单个电路结构。照此,集成电路是单片集成电路(也称为IC、微电路、微芯片、硅芯片、计算机芯片或芯片),其是已制造在半导体材料的薄衬底的表面中的小型化电子电路(其可以包括半导体器件以及无源部件)。本发明的某些方面的集成电路可以是混合集成电路,其是由接合到衬底或电路板的单独半导体器件以及无源部件构成的小型化电子电路。
如上所述,接收器展现出即使在存在大量噪声和低SNR时也能可靠地对编码信号进行解码。本发明的接收器的这个功能方面可以经由各种方案来提供。一些这样的方案包括例如相干解调,例如Costas环路解调、准确的低开销迭代解码、前向纠错(FEC)以及噪声消除,例如如2007年11月19日提交的且题为“Active Signal Processing PersonalHealth Receivers”的PCT申请序列号PCT/US2007/024225中描述的,该申请的公开通过引用并入本文。感兴趣的其它接收器包括但不局限于在如下申请中描述的那些接收器:WO2006/116718;60/866581;60/945251;60/956694、60/887780和WO 2006/116718;这些申请的公开通过引用并入本文。
方法
各个方面包括例如:经由体内发射器传送编码信号;经由穿体功能模块促进信号的通信;以及经由接收器接收编码信号,如先前所描述的。
在一个方面,该方法提供编码信号的特性,其中所述特性优化功耗以促进接收器进行以下方面的至少一个:在不活动模式中花费最大时间,快速醒来,以及在存在发射器的高概率的时段期间醒来。
而且,各个方面可以可替换地或任选地包括与信标功能有关的此类步骤,诸如:经由信标功能模块促进编码信号的通信;经由跳频功能模块促进编码信号的通信;以及经由冲突避免功能模块促进编码信号的通信。一些功能可以包括例如提供信标唤醒功能;提供信标信号功能;生成连续波、单频音调;提供与处于第二频率的数据信号不同的第一频率;以及调制编码信号。
再者,各个方面可以可替换地或任选地包括与跳频有关的在窄带传送信号上生成随机跳频的步骤。
还有,各个方面可以可替换地或任选地包括与冲突避免有关的步骤,诸如:经由第一体内发射器和第二体内发射器以不同频率进行传送;调制占空比;随机地重传;以及在频谱上进行扩展。调制占空比可以包括使占空比颤振并且在频率之中扩展。以不同频率进行传送可以包括由不同设备提供多个带通滤波,其中与不同频率相关联的相应信号由相应带通滤波器进行滤波。
物件
各个方面可以包括物件,该物件例如包括具有指令的存储介质,所述指令在由计算平台执行时导致执行一种提供采用通信信道的穿体通信的方法。该方法例如可以包括诸如以下的各个步骤和/步骤组合:经由体内发射器传送编码信号;经由穿体功能模块促进信号的通信;以及经由接收器接收编码信号。先前说明了各个其它步骤。
另外系统方面
在某些方面,接收器是传感器、接收器以及内部和外部两者的任选其它设备的身体相关系统或网络的部分,其提供由处理器(诸如外部处理器)最终收集和处理的各种不同类型的信息,其然后可以提供关于患者的情境(contextual)数据作为输出。例如,该传感器可以是能够提供输出到数据的外部收集器的设备的身体内网络的构件,所述输出包括关于药丸摄取、一个或多个生理感测参数、可植入设备操作等等的数据。数据的外部收集器(例如采用保健网络服务器等等的形式)然后将该接收器提供的数据与关于患者的另外相关数据进行组合,并且可以处理该迥然不同的数据以提供高度特定且情境患者特定数据,所述另外相关数据例如体重、天气、医疗记录数据等等。
在某些方面,本发明的系统包括接收器以及一个或多个包含组合物的支持制药信息学的活性剂。支持制药信息学的医药组合物是包含具有与其稳定相关联的标识器的组合物的活性剂。在某些方面,组合物在施予受检者之后被分裂。照此,在某些方面,组合物在例如经由摄取、注射等等递送到身体后被物理地分裂,例如被溶解、降解、腐蚀等等。这些方面的组合物与被配置为被摄取并经受通过胃肠道的传输后即便不完全也基本上完整的设备相区别。组合物包括标识器和活性剂/载体组分,其中这两者组分都存在于可药用赋形剂(vehicle)中。
组合物的标识器可以根据组合物的特定方面和预期应用而改变,只要它们在与目标生理位置(例如胃)接触时被激活(即开启)。照此,标识器可以是当它接触目标身体(即生理)部位时发射信号的标识器。另外或可替换地,标识器可以是在其已被激活后当被询问时发射信号的标识器。标识器可以是能够在例如在与目标部位接触时激活之后提供可检测信号的任何部件或设备。在某些方面,一旦组合物与如上概述的生理目标部位相接触,标识器就发射信号。例如,患者可以摄取药丸,该药丸在与胃液接触时生成可检测信号。
组合物包括活性剂/载体组分。“活性剂/载体组分”意指可以为固体或流体(例如液体)的组合物,其具有存在于可药用载体中的一定量例如剂量的活性剂。活性剂/载体组分可以被称为“剂量配方”。
“活性剂”包括在与活生物体(例如诸如人类之类的哺乳动物)接触时产生生理结果(例如有益或有用结果)的任何化合物或化合物的混合物。活性剂可与诸如赋形剂、载体、稀释剂、润滑剂、粘合剂以及其它按配方制作的助剂(formulating aids)的组分以及封装或其他保护组分相区分。活性剂可以是任何分子以及结合部或其片段,其能够调节活受检者中的生物过程。在某些方面,活性剂可以是用于疾病的诊断、治疗或防止的物质或用作药物的组分。在某些方面,活性剂可以是化学物质,诸如麻醉药或迷幻剂,其影响中枢神经系统并导致行为的改变。
活性剂(即药物)能够与活受检者中的目标相互作用。目标可以是许多不同类型的自然存在的结构,其中感兴趣的目标包括细胞内和细胞外的目标。这样的目标可以是蛋白质、磷脂、核酸等,其中蛋白质尤其感兴趣。感兴趣的特定蛋白质目标包括但不局限于:例如激酶、磷酸酶、还原酶、环氧合酶、蛋白酶等的酶,包括在蛋白质-蛋白质相互作用中所牵涉的域(domain)(诸如SH2、SH3、PTB和PDZ域)的目标,例如肌动蛋白、微管蛋白等的结构蛋白质,膜受体,例如IgE的免疫球蛋白,诸如整合素(integrin)等之类的细胞粘附受体,离子通道,跨膜泵、转录因子(transcription factor)、信号蛋白质等。
活性剂(即药物)可以包括与目标在结构上相互作用所需的一个或多个官能团,例如憎水、亲水、静电或甚至共价相互作用所需的团,这取决于特定药物及其预期目标。在目标是蛋白质时,药物半族(moiety)可以包括与蛋白质在结构上相互作用(诸如氢键结合、憎水-憎水相互作用、静电相互作用等)所需的官能团,并且可以至少包括胺、酰胺、巯基、羰基、羟基或羧基团,诸如这些官能化学团中的至少两个。
感兴趣的药物可以包括环状碳(cyclical carbon)或杂环结构和/或用上述官能团的一个或多个替换的芳香族或多环芳香族结构。作为药物半族感兴趣的还有在生物分子中发现的结构,包括肽、糖类、脂肪酸、类固醇、嘌呤、嘧啶及它们的衍生物、结构类似物或组合。这样的化合物可以被筛选以识别感兴趣的那些,其中本领域中已知各种不同的筛选方案。
药物可以得自可以从各种各样的源(包括合成或自然化合物的库)中获得的自然存在或合成的化合物。例如,许多手段可用于各种各样的有机化合物和生物分子的随机和定向合成(包括随机化寡核苷酸和寡肽的制备)。可替换地,可获得或容易地产生细菌、真菌、植物及动物提取物(extract)形式的自然化合物的库。另外,自然或合成产生的库和化合物通过常规的化学、物理和生化手段被容易地修改,并且可以用于产生组合库。已知的药剂可以经受定向或随机的化学修改诸如酰化、烷化、酯化、胺化(amidification)等以产生结构类似物。
照此,可以从自然存在或合成的分子的库(包括通过组合手段产生的化合物的库,即化合物多样性组合库)获得药物。当从此类库获得时,采用的药物半族将具有在对于活性的适当筛选测定中论证的某一期望活性。组合库以及用于产生和筛选此类库的方法在本领域中是已知的且在下面专利文件中进行了描述:5741713;5734018;5731423;5721099;5708153;5698673;5688997;5688696;5684711;5641862;5639603;5593853;5574656;5571698;5565324;5549974;5545568;5541061;5525735;5463564;5440016;5438119;5223409,这些专利文件的公开通过引用并入本文。
感兴趣的活性剂的广泛类别包括但不局限于:心血管剂;疼痛缓解剂,例如镇痛剂、麻醉剂、抗炎剂等等;神经作用剂;化学治疗(抗肿瘤)剂;等等。
如上面所概述的,发明的组合物还包括可药用赋形剂(即载体)。感兴趣的是常见的载体和辅药(excipient),诸如玉米淀粉或凝胶、乳糖、右旋糖、蔗糖、微晶纤维素、高岭土、甘露醇、磷酸二钙、氯化钠以及褐藻酸。在本发明的配方中经常使用的崩解剂(disintegrator)包括交联甲羧纤维素、微晶纤维素、玉米淀粉、淀粉羟基乙酸钠和褐藻酸。
关于支持制药信息学的医药组合物的方面的其它细节可以在以下申请中找到:2006年4月28日提交的且题为“Pharma-Informatics System”的待决PCT申请PCT/US2006/16370;以及2006年7月11日提交的题为“Acoustic Pharma-Informatics System”的美国临时申请序列号60/807060;2006年10月25日提交的题为“Controlled Activation Pharma-Informatics System”的60/862925;和2006年11月21日提交的题为“In-VivoTransmission Decoder”的60/866581;这些申请的公开通过引用并入本文。
在某些方面,系统包括不同于接收器(其在某些方面可以被植入或局部施加)的外部设备,其中该外部设备提供多个功能。这样的设备可以包括给患者提供反馈和适当的临床调节的能力。这样的设备可以采用许多形式中的任一种。按照示例,该设备可以被配置为座落于患者旁边的床上,例如床侧监视器。其它形式包括但不局限于PDA、智能电话、家用计算机等等。该设备可以从医药摄取报告和从生理感测设备两者,读出在本专利申请的其它部分中更详细描述的信息,诸如由起搏器设备或用于检测药丸的专用植入物内部产生的信息。外部装置的目的是从患者得出数据并将其输入外部设备。该外部装置的一个特征是它以能够通过传输介质(诸如电话线)进行传送的形式提供药物和生理信息到远程位置(诸如临床医师或中央监视机构(agency))的能力。
本发明的系统使得能够进行如下的动态反馈和治疗环(loop):跟踪药物定时和水平,测量对治疗的响应,以及基于个体患者的生理学和分子特征谱(molecular profile)推荐改变的剂量。例如,症状性心衰患者每日服用多种药物,主要目的在于降低心脏负荷及提高患者生活质量。治疗的主要依靠(mainstay)包括血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂、β阻断剂和利尿剂。为了让医药治疗有效,必需要患者坚持他们的处方方案,在适当的时间服用所需的剂量。在临床文献中进行的多种研究显示,多于50%的II类和III类心衰患者没有接收指南(guideline)推荐的治疗,以及在那些适当滴定的II类和III类心衰患者中,仅仅40-60%坚持该方案。利用本系统,能够监视心衰患者以让患者坚持治疗,并且可以将坚持表现与关键生理计量相联系以促进医师的治疗优化。
在某些方面,本发明的系统可以用于获得包括传感器数据和施予数据的信息的聚合。例如,可以组合心率、呼吸率、多轴加速度数据、关于流体状态的一些事情以及关于温度的一些事情,并得出就受检者的总体活动进行通知的指数,其可以用于生成生理指数,诸如活动指数。例如,当温度上升时,心率上去一点,并且呼吸率加速,其可以用作个人正在活动的指示。通过对此进行校准,可以确定在该时刻此人燃烧的卡路里量。在另一个示例中,特定脉搏节律组或多轴加速度数据可以指示一个人正沿一组台阶向上走,以及照此可以推断他们正在使用多少能量。在另一个方面,体脂计量(例如根据阻抗数据)可以与由测量的生物标记的组合而生成的活动指数进行组合,以生成对管理体重下降或心血管保健计划有用的生理指数。该信息可以与心脏性能指示器进行组合,以得到整体健康的良好写照,其可以与医药治疗施予数据进行组合。在另一个方面,可能发现例如特定药物与体温的略微增加或心电图的改变相关。可以为药物代谢建立药效模型,并使用来自接收器的信息以将自由参数基本拟合在该模型中,以给出对于受检者血清中实际存在的水平的更准确估计。该信息可以反馈到剂量方案。在另一个方面,可以组合来自测量宫缩(例如利用应变计)及还监视胎儿心率的传感器的信息,所述传感器用作高危妊娠监视器。
在某些方面,使用本发明的系统收集的受检者特定信息可以被传送到一位置,在该位置处它与来自一个或多个另外个体的数据相组合以提供数据集合,所述数据集合是从2个或更多(例如5个或更多,10个或更多,25个或更多,50个或更多,100个或更多,1000个或更多等)的个体收集的数据的复合。然后可以根据不同准则对复合数据进行操纵例如分类,并且使其可用于一个或多个不同类型的组,例如患者组、保健从业者组等,其中数据的操纵可以是诸如将任何给定组的访问限定为该组可以访问的数据类型。例如,可以从100个不同的经受相同状况且服用相同药物的个体收集数据。数据可以被处理并用于开发易于遵循(easy to follow)的显示,所述显示关于患者对药物剂量方案的顺从性和总体健康。该组的患者成员可以访问该信息,并且查看他们的顺从性与组中的其它患者成员匹配程度如何以及他们是否享有其它成员正在经历的益处。在另一个方面,医生也可以被授权对该复合数据的操纵,以查看他们的患者与其他医生的患者匹配程度如何以及获得关于实际患者如何对给定治疗处理方案响应的有用信息。另外的功能可以被提供给被准许访问复合数据的组,其中此类功能可以包括但不局限于评注数据的能力、聊天功能、安全特权等等。
计算机可读介质及编程
在某些方面,系统进一步包括用于存储数据的元件,即数据存储元件,其中该元件存在于诸如床侧监视器、PDA、智能电话等之类的外部设备上。典型地,数据存储元件是计算机可读介质。如本文使用的术语“计算机可读介质”指的是参与提供指令和/或数据给计算机以供执行和/或处理的任何存储或传输介质。存储介质的示例包括软盘、磁带、CD-ROM、硬盘驱动器、ROM或集成电路、磁光盘或诸如PCMCIA卡等之类的计算机可读卡,而不管这样的设备在计算机内部还是外部。包含信息的文件可以被“存储”在计算机可读介质上,其中“存储”意指记录信息以使其能被计算机在以后日期访问和获取。关于计算机可读介质,“永久存储器”指的是永久的存储器。永久存储器不因终止对计算机或处理器的供电而擦除。计算机硬驱动器ROM(即不用作虚拟存储器的ROM)、CD-ROM、软盘和DVD全部都是水久存储器的示例。随机存取存储器(RAM)是非永久存储器的示例。在永久存储器中的文件可以是可编辑和可重写的。
本发明也提供用于执行上述方法的计算机可执行指令(即编程)。计算机可执行指令存在于计算机可读介质上。因此,本发明提供计算机可读介质,所述计算机可读介质包含用于检测和处理由例如如上所述的本发明的组合物生成的信号的编程。
照此,在某些方面,系统包括以下中的一种或多种:数据存储元件、数据处理元件、数据显示元件、数据传输元件、通知机构和用户接口。这些另外的元件可以被包含到接收器中和/或存在于外部设备上,所述外部设备例如是被配置用于处理数据和做出决定、转发数据到远程位置(其提供这样的活动)等等的设备。
上述系统从医药组合物上的标识器与接收器之间的通信方面进行了评述。然而,所述系统不局限于此。在更广意义上说,系统由两个或更多不同的模块组成,所述两个或更多不同的模块例如使用上述的发射器/接收器功能,例如使用上述的单极发射器(例如天线)结构,来彼此通信。照此,上述标识器元件可以被包含到多个不同设备的任何一个中,例如以提供身体内的两个自供电设备之间的通信系统,其中所述自供电设备可以是传感器、数据接收器和存储元件、效应器等。在示例性系统中,这些设备中之一可以是传感器,而其他可以是用于与外部世界通信的通信集线器。本发明方面可以采用多种形式。可以存在许多传感器、许多发送器和一个接收器。它们可以是收发器,因此这两者可以根据已知的通信协议依次发送和接收。在某些方面,在两个或更多单独的设备之间的通信手段是例如如上所述的单极系统。在这些方面,这些发送器中的每一个可以被配置为使用将电荷拉入和拉出身体的单极来依次发送高频信号到身体中,所述身体是大电容器和导体。接收器(单极接收器)以该频率检测进出身体的电荷并且对诸如调幅信号或调频信号之类的加密信号进行解码。本发明的这个方面具有广泛的用途。例如,可以在身体的各个部位上放置和植入多个传感器,其测量位置或加速度。不用把电线连接到中央集线器,它们可以通过通信介质传送该信息。
在其中体内发射器是支持制药信息学的组合物的本发明的方法中,本发明的组合物的有效量被施予需要存在于组合物中的活性剂的受检者,其中“有效量”意指足够产生期望结果的剂量,所述期望结果例如是疾病状况或与之相关联的症状的改善、期望的生理改变的实现等等。施予的量也可以被视为治疗有效量。“治疗有效量”意指当施予受检者来治疗疾病时足以实现对该疾病的治疗的量。
可以使用能够产生期望结果的任何便利手段对受检者施予组合物,其中施予路径至少部分地取决于组合物的具体形式,例如如上所述。如上所述,组合物可以被格式化为用于治疗施予的各种配方,包括但不局限于固体、半固体或液体,诸如药片、胶囊、粉末、颗粒、药膏、溶液、栓剂和注射剂。照此,可以以各种方式实现组合物的施予,包括但不局限于:口服、含服(buccal)、直肠的、肠胃外的、腹膜内的、皮内的、经皮的、气管内的(intracheal)等的施予。以药物剂量的形式,给定组合物可以单独或与其他药物活性化合物组合地被施予,例如其也可以是具有与之稳定相关联的信号生成元件的组合物。
本方法在治疗各种不同状况(包括疾病状况)中得到应用。利用本组合物可治疗的特定疾病状况随着在该组合物中可以存在的活性剂的类型而变化。因此,疾病状况包括但不局限于心血管疾病、诸如肿瘤性疾病之类的细胞增殖性疾病、自身免疫疾病、激素异常疾病、传染病、疼痛治疗(pain management)等。
治疗意指至少改善与折磨受检者的疾病状况相关联的症状,其中改善在广泛意义上用来指至少减小与治疗的疾病状况相关联的参数(例如症状)的幅度。照此,治疗也包括这样的情形:其中病理状况或至少与其相关联的症状被完全抑制,例如被防止发生或停止例如终止,以便受检者不再经受病理状况或至少不再经受表征病理状况的症状。因此,疾病的“治疗”或“医治”包括防止疾病在可能易患疾病但尚未经历或表现出疾病症状的动物中发生(预防治疗)、抑制疾病(减缓或阻止其发展)、提供疾病的症状或副作用的缓和(包括姑息治疗)以及减轻疾病(导致疾病的消退)。对于本发明而言,“疾病”包括疼痛。
根据本方法可治疗各种受检者。一般,这样的受检者是“哺乳动物”或“哺乳类的”,其中这些术语被广泛用于描述哺乳动物纲中的生物体,包括食肉目(例如狗和猫)、啮齿目(例如大鼠、豚鼠和小鼠)以及灵长目(例如人类、黑猩猩和猴子)。在代表性方面,受检者将是人。
在某些方面,如上所述的本方法是例如在延长的时间段内管理疾病状况的方法,所述延长的时间段诸如1周或更长、1个月或更长、6个月或更长、1年或更长、2年或更长、5年或更长等等。本方法可以与一个或多个另外疾病管理方案结合使用,所述一个或多个另外疾病管理方案例如是:心血管疾病管理中基于电刺激的方案,诸如起搏方案、心脏再同步方案等等;生活方式,诸如针对各种不同疾病状况的食谱和/或锻炼方案等。
在某些方面,所述方法包括基于从组合物获得的数据调整治疗方案。例如,可以获得数据,其包括关于患者对于开出治疗方案的顺从性的信息。该数据,具有或不具有例如使用诸如上述的传感器装置的一个或多个传感器而获得的另外生理数据,可以例如按照需要与适当的决策工具一起被采用从而做出应该维持还是以某种方式修改给定的治疗方案的决定,所述某种方式例如通过修改药疗方案和/或植入活动方案。照此,发明的方法包括其中基于从(一个或多个)组合物获得的信号来修改治疗方案的方法。
在某些方面,也提供确定发明的组合物的历史的方法,其中该组合物包括活性剂、标识器元件和可药用载体。在其中标识器响应于询问而发射信号的某些方面,例如通过杖笔或其他适合的询问器件来询问标识器以获得信号。然后,采用获得的信号来确定关于组合物的历史信息,例如源、监管链等等。
在其中标识器是经受得住消化的标识器的其它方面,方法一般包括例如通过从摄取组合物的受检者获取信号生成元件而获得组合物的信号生成元件、以及然后根据所获得的信号生成元件确定组合物的历史。例如,在信号生成元件包括有刻纹的标识器(例如条形码或其它类型的标识器)的情况下,有刻纹的标识器可以从摄取组合物的受检者获取并且然后被读取以识别组合物的历史的至少某一方面,诸如最后已知的购买者、组合物的监管链中的另外购买者、制造者、处理历史等等。在某些方面,这个确定步骤可以包括访问组合物的存储历史的数据库或类似汇编。
效用
本发明的医疗方面向临床医生在他们的治疗全套设备中提供重要的新工具:实际递送到身体内的医药剂的自动检测和识别。该新信息设备和系统的应用是多重的(multi-fold)。应用包括但不局限于:(1)监视患者对于开出的治疗方案的顺从性;(2)基于患者顺从性调节治疗方案;(3)监视患者在临床试验中的顺从性;(4)监视受控物质的使用;等等。这些不同的说明性应用的每一个在下面在共同待决的PCT申请序列号PCT/US2006/016370中被更详细地描述,该申请的公开通过引用并入本文。使用本接收器的另外的应用包括但不局限于如下的美国临时申请序列号:2007年2月1日提交的且题为“Receivers ForPharma-informatics Systems”的60/887780;2007年8月18日提交的且题为“PersonalHealth Receivers”的60/956694;以及2007年7月11日提交的且题为“Ingestible EventMarker”的60/949223,这些申请的公开通过引用并入本文。
套件(kits)
也提供用于实行本方法的套件。套件可以包括如上所述的发明的一个或多个接收器。此外,套件可以包括一个或多个剂量组合物,例如支持制药信息学的剂量组合物。在套件中提供的一个或多个药剂的剂量可以足够用于单次施用或多次施用。因此,在本套件的某些方面存在单个剂量的药剂,而在某些其他方面中可能在套件中存在多个剂量的药剂。在那些具有多个剂量的药剂的方面,这些药剂可以被包装在例如单个管、瓶、小瓶等的单个容器中,或者一个或多个剂量可以被独立包装以便某些套件可以具有多于一个药剂容器。
也可以在本套件中提供用于向受检者递送一个或多个药剂的适当装置。如上所述,在套件中提供的特定递送装置由所采用的特定药剂指定,例如:剂的特定形式,诸如该药剂是以固体、半固体、液体还是气体形式按配方制成制剂,诸如药片、胶囊、粉末、颗粒、药膏、溶液、栓剂、注射剂、吸入剂和气雾剂等;以及施予剂的特定模式,例如是口服、含服、直肠的、肠胃外的、腹膜内的、皮内的、经皮的、气管内的等等。相应地,某些系统可以包括栓剂涂药器、注射器、I.V.袋和管(tubing)、电极等等。
在某些方面,套件也可以包括例如如上所述的外部监视设备,其可以提供与例如医生办公室、中央设施等等的远程位置的通信,其获得并处理关于组合物的使用所获得的数据。
在某些方面,套件可以包括智能肠胃外递送系统,其提供对胃肠外有益剂(beneficial agent)或通过其他方法进入体内的有益剂的特定识别和检测,所述通过其他方法例如通过使用注射器、吸入器或施予药物的其他设备,诸如在共同待决的申请序列号60/819750中描述的设备,该申请的公开通过引用并入本文。
本套件也可以包括用于指示如何使用套件的部件来实行本方法的指令。指令可以被记录在适当的记录介质或衬底上。例如,指令可以被印刷在诸如纸张或塑料等等之类的衬底上。照此,指令可以以套件的容器或其部件(即与包装或子包装相关联)的标签等的形式作为包装说明书存在于套件中。在其他方面,指令作为存在于适当的计算机可读存储介质上的电子存储数据文件而存在,所述适当的计算机可读存储介质例如CD-ROM、磁盘等等。在其他方面,实际指令不存在于套件中,而是提供用于例如经由因特网从远程源获得指令的装置。该方面的示例是包括网络地址的套件,其中可以查看指令和/或可以从该网络地址下载指令。就像指令一样,用于获得指令的这个装置被记录在适当的衬底上。
本套件的一些或所有部件可以以适当包装形式进行包装以保持无菌。在本套件的许多方面,套件的部件被包装在套件包容元件中以制造单个容易处理的单元,其中所述套件包容元件,例如盒或类似结构,可以是或可以不是气密容器,例如用于进一步保持套件的一些或所有部件的无菌。
要理解本发明不局限于所描述的特定方面,因为这些特定方面可以改变。也要理解本文使用的术语仅仅为了描述特定方面的目的而不意在进行限制,因为本发明的范围将仅仅由所附权利要求书来限定。
在提供值的范围的情况下,要理解,在该范围的上限和下限以及所述范围中的任何其他所述或插入值之间的每个居中值(到下限的单位的十分之一,除非上下文清楚另外指明)包含在本发明内。这些更小范围的上限和下限可以独立包括在更小范围内并且也包含在本发明内,以在所述范围中任何特别排除的界限为条件。在所述范围包括界限的一个或两者的情况下,排除那些所包括界限的一个或两者的范围也包括在本发明中。
除非另外定义,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所公知的相同含义。尽管类似或等效于本文所述的那些方法和材料的任何方法和材料也可以用于本发明的实行或测试,但现在描述代表性的说明性方法和材料。
在本说明书中引用的所有出版物和专利通过引用并入本文,就像每个独立的出版物或专利被特别且独立地指出以通过引用并入,并且通过引用并入本文以公开和描述与引用出版物相关的方法和/或材料。任何出版物的引用针对它在提交日之前的公开,并且不应解释为承认由于先前发明的缘故本发明不能先于此类出版物。而且,提供的出版物的日期可能不同于实际出版物日期,其可能需要被独立地确认。
注意,如本文和所附权利要求书中使用的,单数形式“一”和“该”包括多个所指事物,除非上下文另外清楚指明。还要注意,权利要求书可能被撰写为排除任何可选元素。照此,这种表述旨在用作结合权利要求元素的叙述时使用诸如“单独”、“仅仅”等的排他术语、或者使用“否定式”限制的先行基础。
如本领域技术人员在阅读本公开后将明白的,本文描述和说明的单独方面的每一个具有分立的部件和特征,所述分立的部件和特征可以容易地与其他若干方面的任何一个的特征分离或组合而不偏离本发明的范围或精神。可以以所述的事件次序或以逻辑上可能的任何其他次序来实施任何所述的方法。
尽管为了理解清楚的目的通过说明和示例已经相当详细地描述了前述发明,但是鉴于本发明的教导,对本领域普通技术人员容易明白可以对其做出某些改变和修改而不偏离所附权利要求书的精神或范围。
因此,前文仅仅说明了发明的原理。要知道,本领域技术人员将能够想出各种方案,其尽管没有在本文中被明确描述或示出但是体现了发明的原理且包括在其精神和范围内。而且,本文所述的所有示例和条件语言主要意图协助阅读者理解发明的原理以及由发明人为推动技术所贡献的概念,并且要解释为不局限于这样具体叙述的示例和条件。此外,本文叙述本发明的原理、方面和实施例及其特定示例的所有表述,意图包括其结构和功能的等效物两者。另外,意图这些等效物包括当前已知的等效物和未来开发的等效物两者,即不管结构如何只要执行相同功能的所开发的任何元件。因此,本发明的范围不意在限制于本文所示和描述的示例性方面。相反,本发明的范围和精神由所附的权利要求书来体现。

Claims (18)

1.一种提供在活体中采用通信信道的穿体通信的系统,包括:
可摄取发射器,被配置为被摄取进入活体,所述可摄取发射器被配置为使用活体作为传导介质来传送编码信号;
穿体功能模块,用以促进编码信号的通信,包括用于避免在两个或更多可摄取发射器的通信信道之中的冲突的冲突避免功能模块,所述冲突避免功能模块包含用以提供占空比调制功能的占空比调制模块以及用于在多个频率之中扩展频率的扩展频谱模块,所述占空比调制模块包括用于使占空比颤振的颤振模块;以及
接收器,用以接收编码信号;
其中从发射器到接收器的传输被分解成两个信道,第一信道用来广播数据,第二信道用来广播唤醒信标;接收器周期性地从休眠模式醒来并且处于低能耗模式以执行监听功能;如果监听功能检测到唤醒信标,则接收器转变到高能耗模式以执行完全解调和解码;如果不存在唤醒信标,则接收器返回到休眠模式,其中监听功能指的是用于确定是否存在发射器的短的低功率功能。
2.权利要求1的系统,其中穿体功能模块进一步从基本由信标功能模块和跳频功能模块组成的组群中选择。
3.权利要求2的系统,其中信标功能模块包括从基本由以下元件组成的组群中选择的至少一个元件:
信标唤醒模块,用以提供信标唤醒功能;
信标信号模块,用以提供信标信号功能;
波/频率模块,用以提供连续波和单频音调;
多频模块,用以提供多个频率;以及
调制信号模块,用以提供至少一个调制编码信号。
4.权利要求3的系统,其中信标和数据信道的频率比对于可摄取事件标记器系统中的频率误差而言是不变的以提供对编码信号的检测的另外保证。
5.权利要求3的系统,其中跳频功能模块包括用于在窄带传送信号上提供随机跳频的随机模块。
6.权利要求3的系统,其中冲突避免功能模块包括从基本由以下元件组成的组群中选择的至少一个元件:
发射器模块,用以提供被配置为被摄取进入活体的第一可摄取发射器,所述第一可摄取发射器以第一频率进行传送;以及以第二频率模块进行传送的第二体内发射器;
重传随机化模块,用以提供随机重传;及
其组合。
7.权利要求6的系统,其中发射器模块包括用于通过不同设备提供多带通滤波的多带通滤波器模块,其中相应编码信号由相应的带通滤波器进行滤波。
8.一种提供在活体中采用通信信道的穿体通信的方法,包括:
经由被配置为被摄取进入活体的可摄取发射器使用活体作为传导介质来传送编码信号;
经由穿体功能模块促进编码信号的通信,所述穿体功能模块包括用于避免在两个或更多可摄取发射器的通信信道之中的冲突的冲突避免功能模块,所述冲突避免功能模块包含用以提供占空比调制功能的占空比调制模块以及用于在多个频率之中扩展频率的扩展频谱模块,所述占空比调制模块包括用于使占空比颤振的颤振模块,其中促进包括调制占空比并且其中调制占空比包括使占空比颤振并且在多个频率之中扩展;以及
经由接收器接收编码信号;
其中从发射器到接收器的传输被分解成两个信道,第一信道用来广播数据,第二信道用来广播唤醒信标;接收器周期性地从休眠模式醒来并且处于低能耗模式以执行监听功能;如果监听功能检测到唤醒信标,则接收器转变到高能耗模式以执行完全解调和解码;如果不存在唤醒信标,则接收器返回到休眠模式,其中监听功能指的是用于确定是否存在发射器的短的低功率功能。
9.权利要求8的方法,还包括:
提供编码信号的特性,其中所述特性优化功耗以促进接收器进行以下中的至少一个:在不活动模式中花费最大时间,快速醒来,以及在存在发射器的高概率的时段期间醒来。
10.权利要求8的方法,其中经由穿体功能模块促进信号的通信包括以下中的至少一个:
经由信标功能模块促进编码信号的通信;以及
经由跳频功能模块促进编码信号的通信。
11.权利要求10的方法,其中经由信标功能模块促进信号的通信包括以下中的至少一个:
提供信标唤醒功能;
提供信标信号功能;
生成连续波、单频音调;
提供与处于第二频率的数据信号不同的第一频率;以及
对编码信号进行调制。
12.权利要求10的方法,其中经由跳频功能模块促进编码信号的通信包括在窄带传送信号上生成随机跳频。
13.权利要求10的方法,其中经由冲突避免功能模块促进编码信号的通信包括以下中的至少一个:
经由被配置为被摄取进入活体的第一可摄取发射器以第一频率进行传送并且经由第二体内发射器以第二频率进行传送;
随机地重传;及
其组合。
14.权利要求13的方法,其中以不同频率进行传送包括通过不同设备提供多带通滤波,其中相应编码信号由相应的带通滤波器进行滤波。
15.权利要求8的方法,采用包含指令集的机器可读介质的形式,所述指令集在由机器执行时使得机器执行权利要求8的方法。
16.一种提供在活体中采用通信信道的穿体通信的设备,包括:
用于经由被配置为被摄取进入活体的可摄取发射器使用活体作为传导介质来传送编码信号的装置;以及
用于经由穿体功能模块促进编码信号的通信的装置,所述穿体功能模块包括用于避免在两个或更多可摄取发射器的通信信道之中的冲突的冲突避免功能模块,所述冲突避免功能模块包含用以提供占空比调制功能的占空比调制模块以及用于在多个频率之中扩展频率的扩展频谱模块,所述占空比调制模块包括用于使占空比颤振的颤振模块;
用于经由接收器接收编码信号的装置;
其中从发射器到接收器的传输被分解成两个信道,第一信道用来广播数据,第二信道用来广播唤醒信标;接收器周期性地从休眠模式醒来并且处于低能耗模式以执行监听功能;如果监听功能检测到唤醒信标,则接收器转变到高能耗模式以执行完全解调和解码;如果不存在唤醒信标,则接收器返回到休眠模式,其中监听功能指的是用于确定是否存在发射器的短的低功率功能。
17.权利要求16的设备,还包括:
用于提供编码信号的特性的装置,其中所述特性优化功耗以促进接收器进行以下中的至少一个:在不活动模式中花费最大时间,快速醒来,以及在存在发射器的高概率的时段期间醒来。
18.权利要求16的设备,其中用于经由穿体功能模块促进信号的通信的装置包括以下中的至少一个:
用于经由信标功能模块促进编码信号的通信的装置;以及
用于经由跳频功能模块促进编码信号的通信的装置。
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