CN103687646A - 胶囊光疗 - Google Patents
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Abstract
一种用于给患者的胃肠(GI)道提供光疗的可吞咽胶囊，所述胶囊包括电源、一个或多个光疗光源、用于计算胶囊在胃肠道中的移行速度的速度确定单元和控制器单元，所述控制器单元用于激活所述一个或多个光源中的一个或多个，以至少部分地基于确定的速度来给胃肠道中的靶部位递送治疗照射剂量。还描述了有关的仪器和方法。
Description
技术领域
本发明在其某些实施方案中涉及一种可摄取的光疗装置，所述光疗装置可用于使用光疗治疗胃肠道疾病，且具体地，用于治疗炎性肠病（IBD）。
背景技术
光疗法（常规地被称作“光疗”）包括将活组织暴露于光以治疗生物体或组织的疾病。所述暴露通常根据为该疾病定制的特定方案来提供，所述方案限定了用于照射组织的光的光谱和强度以及由所述光在组织中堆积的总能量。所述光可以使用多种合适光源中的任一种来产生，所述光源例如是激光、发光二极管（LED）和荧光灯。
通常将光疗施用于相对容易接近的组织区域，诸如皮肤的外部区域以及嘴或鼻的粘膜层衬里，并用于治疗痤疮、银屑病、湿疹、白癫风（其中对皮肤色素细胞的损伤会导致白色皮肤斑）和基于皮肤的淋巴瘤、牙龈炎、齿龈炎症、口腔溃疡和变应性鼻炎。
因为相对难以接近胃肠道组织，通常不进行用于治疗胃肠（GI）道疾病的光疗。
一个与光疗易混淆的（similar-sounding）但是不同的领域是光动力学疗法(PDT)。最现代的PDT应用涉及3个关键组件：光敏剂、光源和组织氧。所述光源的波长需要适用于激发光敏剂以产生活性氧。这3种组件的组合会导致已经选择性地吸收光敏剂或已经局部地暴露于光的任何组织的化学破坏。在理解PDT的机制时，重要的是，将它与其它基于光的疗法和激光疗法（诸如激光伤口愈合）和不需要光敏剂的回春法区分开。
国际专利申请公开WO 2008/012701的标题为“Capsule camera withvariable illumination of the surrounding tissue（具有对周围组织的可变照明的胶囊照相机）”，并公开了一种可摄取的胶囊和用于动物或人类的体内成像和/或治疗胃肠道中的一个或多个目标患病区域的方法。所述胶囊包括：图像传感器；透镜系统，其用于将图像聚焦到图像传感器上；至少一个光源，其用于对目标组织区域进行照明，所述至少一个光源任选地能够给患病区域提供光疗法处置；可变透镜系统，其位于所述至少一个光源的前方，其中所述可变透镜系统包括用于将来自所述至少一个光源的光束定向并聚焦到患病组织区域上的束流导向装置和聚焦装置；控制单元，其与所述图像传感器、所述至少一个光源和所述可变透镜系统通信；动力源，其用于向所述图像传感器、所述至少一个光源和所述控制单元提供动力；和不可消化的、透明的外部保护壳，其被构造成穿过胃肠道，并在其内部容纳所述图像传感器、所述透镜系统、所述至少一个光源、所述可变透镜系统、所述控制单元和所述动力源。
Sergey A.Naumov、Vladimir N.Dyrin、Sergey M.Vovk、Evgeny Y.Petrov、Vladimir V.Udut和Elena V.Borodulina的标题为“AutonomousDevice for Photostimulation of the Gastrointestinal Tract Immunity（用于胃肠道免疫的光刺激的独立装置）”的文章（发表于Proc.SPIE 3907,433(2000)；doi:10.1117/12.386284）描述了一种发射在红和绿带中的光的非常小的光电子装置，其已经被开发为用透光联接相连的2个半球组成的小胶囊。所述装置（一种光片剂）允许照射胃肠道(GIT)的所有部件，包括负责产生分泌型免疫球蛋白A(IgA)的小肠--派伊尔斑的免疫感受态形成。当照射胃肠道器官的壁和它的内容物时，使用光片剂实现内源性光疗的主要机制开始起作用。光片剂的临床试验结果证实了内源性疗法对人生物体的衰弱综合征、某些类型的免疫功能缺乏、生态失调、大肠刺激综合征、duodenostasis等的有利作用。内源性光疗以后，患者具有增加水平的溶菌酶、白细胞、乳细菌数目。当使用光片剂时，没有副作用。代表了内源性光疗的适应症和禁忌证。因而，内源性光疗方法允许我们在不使用药剂和抗原的情况下对胃肠道器官的免疫感受态细胞产生有效的且直接的影响，这使得在医学上大规模使用光片剂成为可能。
Hendriks等人的公开的美国专利申请2009/0177033描述了一种应用，其涉及一种可摄取的胶囊和用于动物或人类的体内成像和/或治疗胃肠道中的一个或多个目标患病区域的方法。所述胶囊包括：图像传感器；透镜系统，其用于将图像聚焦到图像传感器上；至少一个光源，其用于对目标组织区域进行照明，所述至少一个光源任选地能够给患病区域提供光疗法处置；可变透镜系统，其位于所述至少一个光源的前方，其中所述可变透镜系统包括用于将来自所述至少一个光源的光束定向并聚焦到患病组织区域上的束流导向装置和聚焦装置；控制单元，其与所述图像传感器、所述至少一个光源和所述可变透镜系统通信、动力源，其用于向所述图像传感器、所述至少一个光源和所述控制单元提供动力；和不可消化的、透明的外部保护壳其被构造成穿过胃肠道，并在其内部容纳所述图像传感器、所述透镜系统、所述至少一个光源、所述可变透镜系统、所述控制单元和所述动力源。
其它背景技术包括：
Lawrence X.Yu、John R.Crison和Gordon L.Amidon的标题为“Compartmental Transit and Dispersion Model Analysis of Small IntestineTransit Flow in Humans”的文章，其发表于International Journal ofPharmaceutics,第40卷;1999;
Duane D.Burton、H.Jae Kim、Michael Camilleri、Debra A.Stephens、Brian P.Mullan、Michael K.O’Connor和Nicholas J.Talley的标题为“Relationship of Gastric Emptying and Volume Changes After Solid Meal inHumans”的文章，其发表于Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol289,2005;
Wirtz等人的文章，其发表于Nature Protocols,第2卷,第541-546页,2007;
Bandy等人的公开的PCT专利申请WO 2009/102445；
Iddan等人的公开的美国专利申请2008/0106596；
Irion的公开的美国专利申请2004/0249245；
Cho等人的公开的美国专利申请2004/0106849；
Iddan的公开的美国专利申请2003/0214579；和
Smith的美国专利号5,464,436。
发明内容
本发明在其某些实施方案中涉及一种可摄取的胶囊装置，其适合用于胃肠道的光疗，特别是在诸如溃疡性结肠炎和克罗恩氏病等炎性肠病（IBD）、直肠炎、乳糜泻、1型和2型糖尿病、AIDS征状的情况下，和逆转录病毒感染后的光疗。
术语光丸（PhotoPill和photopill）在本说明书和权利要求书中可以与术语“光疗胶囊”或术语“胶囊”互换使用。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种用于给患者的胃肠(GI)道提供光疗的可吞咽胶囊，所述胶囊包括电源、一个或多个光疗光源、用于计算胶囊在胃肠道中的移行速度的速度确定单元和控制器单元，所述控制器单元用于激活所述一个或多个光源中的一个或多个，以至少部分地基于确定的速度来给胃肠道中的靶部位递送治疗照射剂量。
根据本发明的一些实施方案，如果速度确定单元确定基本上为0的胶囊速度，所述控制器单元被构造成，使控制器单元关闭光源。
根据本发明的一些实施方案，所述胶囊控制一个或多个光疗光源，以便给胃肠道中的靶部位提供有效剂量。
根据本发明的一些实施方案，至少部分地基于胶囊在胃肠道中的移行速度来计算有效剂量。
根据本发明的一些实施方案，至少部分地基于测量胶囊在胃肠道中的移行速度的胶囊，所述胶囊控制一个或多个光疗光源。
根据本发明的一些实施方案，至少部分地基于测量胶囊在胃肠道中的移行速度的胶囊，所述胶囊调节光源的强度。
根据本发明的一些实施方案，所述光源基本上大部分以选自400-480nm、610-750nm和800-950nm的范围内的一个或多个波长发射光。
根据本发明的一些实施方案，所述光源发射的光的波长集中在选自440nm、660nm和850nm的一个或多个波长。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种用于给患者的胃肠(GI)道提供光疗的可吞咽胶囊，所述胶囊包括电源、一个或多个光疗光源和控制器单元，所述控制器单元用于激活所述一个或多个光源中的一个或多个，以至少部分地基于胶囊在胃肠道中的靶部位处的预期移行速度来给胃肠道中的靶部位递送治疗照射剂量。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种用于胃肠(GI)道的管腔内光疗的方法，所述方法包括：吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个光疗光源和用于计算胶囊在胃肠道中的移行速度的速度确定单元，所述光疗光源能够以适合提供光疗作用的波长、剂量和强度发射光，和当所述胶囊在胃肠(GI)道中的一个或多个靶部位附近时，控制所述光源的激活，从而给胃肠道中的靶部位提供有效剂量。
根据本发明的一些实施方案，所述有效剂量是在0.25-0.5焦耳/cm2范围内。
根据本发明的一些实施方案，所述控制包括：根据下式控制施用于胃肠道的需要的功率：
需要的功率=C*剂量/肠速度;
其中C是在控制器中程序化的常数，剂量是在控制器中程序化的常数，肠速度是胶囊在胃肠道中的速度，且其中将光源开启（ON）和关闭（OFF），以便给胃肠道中的靶部位提供大约需要的功率。
根据本发明的一些实施方案，当胶囊计算出的胶囊速度指示胶囊已经基本上停止时，关闭光源。
根据本发明的一些实施方案，所述光源基本上大部分以选自400-480nm、610-750nm和800-950nm范围内的一个或多个波长发射光。
根据本发明的一些实施方案，所述光源发射的光的波长集中在选自440nm、660nm和850nm的一个或多个波长。
根据本发明的一些实施方案，将胃肠(GI)道的管腔内光疗以选自下述的计划施用：每隔一天，每周3次，和从每天1次至每周1次。
根据本发明的一些实施方案，将胃肠(GI)道的管腔内光疗施用多次。
根据本发明的一些实施方案，将胃肠(GI)道的管腔内光疗施用3次或更多次。
根据本发明的一些实施方案，使用所述方法来治疗选自克罗恩氏病、溃疡性结肠炎和不确定性结肠炎的炎性肠病。
根据本发明的一些实施方案，使用所述方法来促进肠粘膜和粘膜下组织的愈合。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种治疗胃肠道损伤的方法，所述方法包括：吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长是在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内，和当胶囊是在胃肠(GI)道损伤附近时，控制所述光源的激活。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种治疗胃肠道损伤的方法，所述方法包括：吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长由在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内的一个或多个波长组成，和当胶囊是在胃肠(GI)道损伤附近时，控制所述光源的激活。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种进行胃肠(GI)道的管腔内光疗的方法，所述方法包括：医学从业人员定位胃肠道的患病部分，将胶囊施用给患者进行吞咽，所述胶囊包括一个或多个光疗光源和控制器，所述光疗光源能够以适合提供光疗作用的波长、剂量和强度发射光，所述控制器能够基于从外部单元接受的信号而激活光源，所述医学从业人员检测何时胶囊在胃肠道的患病部分附近，并且当胶囊是在胃肠道的患病部分附近时，所述医学从业人员给所述控制器提供信号。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种给胃提供光疗的方法，所述方法包括：吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长是在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内，和当胶囊是在胃中时，激活所述光源。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供了一种给结肠提供光疗的方法，所述方法包括：将胶囊插入结肠中，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长是在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内，和当胶囊是在结肠中时，激活所述光源。
本发明的一个方面涉及一种包括胶囊的、用于给患者的胃肠道施加光疗的光疗装置，所述胶囊在下文中也被称作“光丸”，所述胶囊被患者吞咽，使得它穿过他或她的胃肠道，并在穿过过程中，用治疗光照射胃肠道的区域。
在本发明的某些实施方案中，患者任选地吞咽药物和/或流体，并在吞咽胶囊之前允许胃肠道排空。
本发明在其某些实施方案中涉及一种可吞咽胶囊装置，其适合用在胃肠道的管腔内光疗中，其中所述胶囊包括一个或多个光源和任选的使所述光源产生的光束成形的光学元件，使得所述光源和所述光学元件能够给胃肠道内的靶部位递送治疗剂量。
在某些实施方案中，前述胶囊的形状类似于为制药用途生产的胶囊的形状，其具有适合被人受试者吞咽的光滑圆形轮廓。
在某些实施方案中，前述胶囊的半径稍微小于小肠，这有助于保持胶囊在胃肠道中倾斜。
在本发明的某些实施方案中，光学元件使所述光源产生的光束成形，使得发射光在与胶囊的纵向轴线基本上垂直和/或与胶囊的移动方向大致垂直的方向透射出胶囊。在这样的实施方案中，在使用时，发射光的方向与胃肠道的壁大致垂直。此外，光源和有关的光学元件的布置使得，发射光围绕胶囊周边向外透射，由此投射出围绕胶囊的光带。
在本发明的某些实施方案中，所述发射光围绕胶囊的整个周边向外透射。
在本发明的某些实施方案中，所述发射光以围绕胶囊的基本上环形的狭窄光带投射。所述360度照射模式可以以多种方式建立，所述方式包括、但不限于：使用多个围绕胶囊周边布置的光源，和/或使用反射和/或折射光学元件来改变发射的光束行进的方向。
可以使用任何合适的光源来实现本发明，包括激光和发光二极管(LED)。在本发明的某些实施方案中，任选地选择光源，从而发射具有在可见或近红外(NIR)范围内的期望波长和/或波长带的光/光子辐射。通常，作为非限制性例子，当治疗胃肠道损伤时，使用的波长选自下述范围中的一个或多个：400-480nm、610-750nm和800-950nm。使用的发射波长的典型例子包括：440nm(蓝)、660nm(红)和850nm(NIR)。还预期会产生良好结果的其它波长包括：在600nm至1000nm范围内的波长，和从440nm至490nm的蓝色范围。上述范围的组合也可能是有效的。作为非限制性例子，白光（其包括所有可见波长）也包括有效范围。作为另一个非限制性例子，红光和蓝光的组合，或者NIR和红光和蓝光的组合。在本发明的某些实施方案中，在单个光丸装置中包括在不同波长发射的不同光源。在本发明的某些实施方案中，治疗的光疗剂量是由每个波长提供的剂量的总和。由于光集中，随着光丸穿过胃肠道移动，所述光丸会给胃肠道壁的相对小部分提供集中的治疗照射。根据本发明的一些实施方案，来自光丸的光的集中会保留由光丸光源提供的光能，并提高向胃肠道壁施加光的效率。据估测，在透过透镜时可能损失至多3-5%的功率，但是通过集中光束的增加的有效性，增益了多达15%、至多30%，这会提供有效剂量。增加的有效性的一个潜在优点是电池功率的节省。
在本发明的另一个实施方案中，一种可摄取的胶囊(光丸)进一步包括用于在它穿过胃肠道移动时确定它的方向、移动速度和位置的装置。在某些实施方案中，所述装置由加速度计提供。在某些实施方案中，所述装置以光学运动感知系统的形式提供，所述光学运动感知系统通常包括被设置在胶囊内的一个照射源和一个或多个光检测器，使得所述光检测器能够检测由所述照射源发射并被外部结构（诸如肠壁）向胶囊反射回去的光信号。
在本发明的某些实施方案中，所述光丸胶囊进一步包括控制装置诸如一个或多个微处理器(以及伴随的电路)，其用于控制由胶囊执行的至少一些活动，包括、但不限于，电源的最初触发；和/或计时器时钟的最初触发；和/或治疗光源的激活/灭活；和/或胶囊速度的计算；和/或方向和/或位置的计算，任选地从由运动检测系统和/或装载式计时器提供的输入来计算；和/或治疗光强度的计算，诸如此类。
本发明的胶囊装置的一些实施方案的一个优点是，可以在单个胶囊内包括对于治疗光辐射而言以及对于与所述辐射有关的所有各种参数的控制和调节而言所需的所有元件，由此避免了对辅助控制装置或辅助人员的需求。
在本发明的某些实施方案中，所述光丸包括光源和控制器，所述控制器开启光源以在胃肠道中的期望位置处递送治疗光。
在本发明的某些实施方案中，所述光丸包括光源和控制器，所述控制器响应于由计时器测得的时间而开启光源，以在预定的延迟时间以后递送治疗光。所述预定的延迟时间响应于下述因素来确定：光丸穿过患者的胃肠道移动的速率，和要用光疗治疗的患病区域在胃肠道中的位置，使得基本上仅在所述光丸接近患病区域所在的胃肠道段和/或在所述段附近时，光源才开启以递送光疗。控制光丸仅在它接近包括患病区域的胃肠道段和在所述段附近时才开始照射，会提高光丸的能量效率，并减少为了给患病区域递送期望剂量的治疗光而必须给光丸供给的能量的量。
在本发明的某些实施方案中，当光丸离开包括患病区域的胃肠道段且没有在照射患病区域的位置时，所述控制器关闭光源。在本发明的某些实施方案中，使用所述光丸来治疗胃肠道的多个不同患病区域，所述患病区域位于胃肠道的不同的、空间上分开的段中。对于每个患病区域，当所述光丸接近患病区域且处在用治疗光照射该区域的位置时，所述控制器开启光源，随后，除了任选的最后一个患病区域以外，在所述光丸离开患病区域以后，关闭光源。
应当指出，本发明当然不限于将光疗光递送至仅有限的胃肠道段，且如果需要的话，根据本发明的一个实施方案，可以将光丸构造成向患者的基本上全部胃肠道递送治疗光。
在本发明的某些实施方案中，所述光丸被包括在包装件中，且含有开关，所述开关用于开启胶囊内的不同元件，所述元件包括、但不限于：
-计时器，以便启动测量时间从而确定延迟时间和暴露时段，任选地在所述光丸被从包装件取出且被患者吞咽时开始；
-用于确定运动方向、运动速度和胶囊位置的装置，例如，作为非限制性例子，加速度计和/或光学运动感知系统。
任选地，所述开关包括磁性接近开关，当所述光丸远离由所述包装件产生的磁场时，所述磁性接近开关运转以开启计时器。
任选地，所述开关包括机械开关，所述机械开关通过所述光丸从所述包装件取出而触发。
在另一个实施方案中，所述计时器的最初触发通过操作员启动的对胶囊内的机械开关元件的挤或压来实现。
在本发明的某些实施方案中，光疗系统包括一组光丸，每个光丸被程序化成具有不同的延迟时间和任选的不同的暴露时间。使用该组光丸来给患者的胃肠道的不同区域提供光疗，同时维持每个光丸的相对较低的功率消耗。
在另一个方面，本发明提供了一种光疗系统，其包括外部信标和光丸，所述外部信标发射信标信号诸如无线电或超声信标信号，所述光丸具有用于接收所述信标信号的接收器。所述信标位于患者身体上的已知位置处，并且患者胃肠道的患病区域的位置与来自已知位置的信标所发射的信标信号的特有特征（例如频率、偏振和信号强度）相关联。在被患者吞咽以后，所述光丸接收信标信号，并处理所述信号以确定所述光丸是否位于要进行光疗的胃肠道区域。如果所述光丸确定它位于这样的胃肠道区域中，所述光丸会开启以用光疗光照射该区域。
如在上文中所述，在本发明的某些实施方案中，所述光丸包括加速度计，所述加速度计用于监测光丸穿过胃肠道移动的速度的变化。任选地，使用速度的变化来控制光丸提供的治疗光。例如，当给胃肠道的特定区域的每单位区域面积提供给定量的治疗光是有利的时，这样的控制任选地是有用的。
在本发明的某些实施方案中，所述光丸可以被程序化以给胃肠道内的不同区域提供不同量的的治疗光。在本发明的某些实施方案中，胶囊在胃肠道中的移行速度是已知的，且为了提供有效剂量，任选地提供与不同速度相对应的不同光强度。任选地控制当所述光丸移动穿过特定区域时提供的治疗光的强度与每单位区域面积要递送的给定量的治疗光基本上成比例，任选地考虑通过由加速度计产生的信号所确定的速度。例如，对于具有更小组织暴露时间的更快移行速度而言，需要更高的功率来维持治疗光的恒定期望剂量。如在上文中所公开的，可以使用其它运动检测装置（诸如光学装置）来替代加速度计，或者在加速度计基础上额外使用。
在本发明的某些实施方案中，使用速度的变化来确定光丸在胃肠道中的位置。任选地，通过响应于加速度计的测量结果所确定的双积分加速度，确定随时间的位置，从而确定在胃肠道中移动的距离。
在本发明的某些实施方案中，使用大幅的速度变化（任选地由加速度计所提供的加速度测量结果来指示）来确定位置。例如，在胃肠道中传送的物质在盲肠中的移动比在小肠中更缓慢。所以，任选地使用由加速度计信号指示的光丸的移行速度的大幅下降（指示大幅减速）来确定所述光丸到达盲肠的时刻。
在本发明的某些实施方案中，提供了一种用于给患者胃肠(GI)道的某个区域提供光疗的可吞咽胶囊，所述胶囊包括：至少一个光源，所述光源可被控制以产生光疗所用的光；和控制器，其在光疗开始时间开启至少一个光源，以照射包括所述区域的至少一部分的胃肠道部分。
任选地，当控制器在光疗开始时间开启至少一个光源时，所述胶囊位于这样的胃肠道位置附近：在该位置，来自光源的光可以照射所述区域。额外地或可替换地，所述附近位置任选地是在所述区域的10cm内。任选地，所述附近位置任选地是在所述区域的5cm内。任选地，所述附近位置任选地是在所述区域的2cm内。在本发明的某些实施方案中，所述控制器包括计时器。
任选地，所述光疗开始时间是相对于开始计时时间（clock-on time）确定的时间，在所述开始计时时间，计时器开始测量时间以确定光疗开始时间。任选地，所述胶囊被包括在包装件中，且所述开始计时时间是通过从包装件取出胶囊所确定的时间。所述可吞咽胶囊任选地包括开关，所述开关通过胶囊从包装件的取出而运转，以设定开始计时时间。任选地，所述开关是磁力开关。任选地，所述包装件包括产生磁场的磁体，且所述开关响应于在胶囊处的磁场的变化（由胶囊从包装件的取出造成）而运转，以设定开始计时时间。
在本发明的某些实施方案中，所述开关包括按钮，所述按钮被运转以设定开始计时时间。任选地，所述按钮被机械地运转以操作开关。任选地，所述包装件包括突出物，当胶囊处于包装件中时，所述按钮受所述突出物压迫，且当从包装件取出胶囊时，所述按钮被释放以操作开关和设定开始计时时间。
在本发明的某些实施方案中，所述控制器响应于胶囊周围环境的特性的变化而操作开关，以设定开始计时时间。任选地，所述特性是温度。额外地或可替换地，所述特性任选地包括光。在本发明的某些实施方案中，所述特性包括pH。在本发明的某些实施方案中，所述特性包括水分。
在本发明的某些实施方案中，所述胶囊接收来自体外的光信号。所述光信号任选地起作用以接收来自体外的通信。所述通信任选地包括胶囊中的激活命令和/或程序化参数。所述参数可以包括延迟时间、开始和结束时间、以及光疗光强度。
在本发明的某些实施方案中，所述光疗开始时间是从开始计时时间延迟预定的延迟时间的时间。任选地，所述预定的延迟时间响应于区域的位置和胶囊穿过胃肠道向所述区域移动的速度而确定。
在本发明的某些实施方案中，所述控制器被构造成响应于由信标产生的信标信号而接收信标信号和确定光疗开始时间。任选地，所述信标信号包括磁场。任选地，所述控制器响应于磁场强度而确定光疗开始时间。
在本发明的某些实施方案中，所述信标信号包括声信号。
在本发明的某些实施方案中，所述信标信号包括超声信号。
在本发明的某些实施方案中，所述信标信号包括射频信号。额外地或可替换地，所述信标信号任选地特征在于，随相对于信标位置的方向而变化的频率。任选地，所述控制器响应于频率而确定光疗开始时间。
在本发明的某些实施方案中，所述控制器响应于信标信号强度而确定光疗开始时间。
在本发明的某些实施方案中，在光疗开始时间之后，在预定的暴露时段（在这期间用光疗光照射胃肠道）以后，所述控制器在光疗停止时间关闭至少一个光源。
在本发明的某些实施方案中，所述控制器确定多个光疗开始时间。
在本发明的某些实施方案中，一种可吞咽胶囊包括加速度计，所述加速度计响应于胶囊的加速度而产生加速度信号。任选地，所述控制器接收由加速度计产生的加速度信号。任选地，所述控制器响应于加速度信号而调节由至少一个光源提供的治疗光的强度。额外地或可替换地，所述控制器任选地响应于加速度信号而确定胶囊在患者胃肠道中移动的距离。任选地，所述控制器响应于确定的距离而开启至少一个光源。
根据本发明的一个实施方案，进一步提供了一种可吞咽胶囊，其用于给患者的胃肠(GI)道的某个区域提供光疗，所述胶囊包括：至少一个光源，所述光源可被控制以产生光疗所用的光；和光导引器，其接收来自至少一个光源的光，并将所述光集中在基本上环形带形状的体积内。
在另一个方面，本发明也涉及一种在需要这种治疗的患者中进行胃肠道的管腔内光疗的方法，所述方法包括下述步骤：
a)提供如在上文中所公开的和在下文中更详细地描述的可吞咽胶囊；和
b)给所述患者口服施用胶囊。
本文中使用的术语“管腔内光疗”表示，为了治疗胃肠道腔内的损伤和/或促进胃肠道腔内的组织愈合，使用光照射治疗。在本发明的某些实施方案中提供的方法因而可用于治疗和愈合从胃肠道腔可接近的所有组织（包括肠粘膜和粘膜下层组织）的病症。
在本发明的某些实施方案中，所述患者自我施用所述胶囊装置。
在本发明的该方面的一个优选实施方案中，使用所述方法来治疗IBD。本文公开的方法可以用于治疗所有类型的IBD，包括克罗恩氏病、溃疡性结肠炎、直肠炎、乳糜泻、I型糖尿病、II型糖尿病、AIDS征状和不确定性结肠炎。所述治疗会改善胃肠道，包括这样的情形：其中上述疾病由于不适当的血流量和/或对粘膜层的损伤而在胃肠道中造成问题。
在另一个优选实施方案中，使用本发明的方法增进、促进和加速肠粘膜和基础组织的愈合。
在本发明的一个优选实施方案中，使用所述方法来治疗损伤和/或促进存在于小肠中的组织的愈合。
除非另有定义，在本文中使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。尽管与本文中描述的那些类似或等效的方法和材料可以用于实践或试验本发明的实施方案，但是下面描述了示例性的方法和/或材料。在冲突的情况下，以专利说明书（包括定义）为准。另外，所述材料、方法和实施例仅仅是示例性的，且无意成为必然地限制性的。
本发明的实施方案的方法和/或系统的实现可以包括手动地、自动地、或以它们的组合实施或完成所选任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施方案的实际仪器仪表和设备，通过硬件、通过软件、或通过固件或通过它们的组合，使用操作系统，可以实现几个所选的任务。
例如，用于执行根据本发明的实施方案的所选任务的硬件可以实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明的实施方案的所选任务可以实现为多个软件指令，所述指令由使用任意合适的操作系统的计算机来执行。在本发明的一个示例性实施方案中，根据如本文中所述的方法和/或系统的示例性实施方案的一个或多个任务由数据处理器执行，诸如用于执行多个指令的计算平台。任选地，所述数据处理器包括用于储存指令和/或数据的易失性存储器和/或用于储存指令和/或数据的非易失性存储器，例如，磁性硬盘和/或闪速存储器和/或可移动介质。任选地，还提供网络连接。还任选地提供显示器和/或使用者输入装置诸如键盘或鼠标。
附图说明
在本文中参考附图描述了本发明的一些实施方案，仅仅作为示例。现在详细地具体参考附图，应当强调，显示的细节是作为示例和用于示例性地讨论本发明的实施方案的目的。在这点上，结合附图做出的描述会使本领域技术人员明白可以如何实践本发明的实施方案。
下面参考本文所附的附图来描述本发明的实施方案的非限制性实施例，所述附图在本段落后面列出。在超过一幅图中出现的相同结构、元件或部件通常在它们所出现的所有图中用相同的附图标记来标记。为了方便和显示清楚，选择了在附图中显示的组件和部件的尺寸，并且不一定按比例显示。
在附图中：
图1示意地显示了根据本发明的一个实施方案的光丸；
图2示意地显示了根据本发明的一个实施方案，将图1所示的光丸程序化；
图3A和3B示意地显示了根据本发明的一个实施方案，与图1所示的光丸类似的光丸，其用于治疗患者胃肠道的患病区域；
图4示意地显示了根据本发明的一个实施方案，被包含在包装件内的图3A和3B所示的光丸，当所述光丸被从包装件取出时，所述包装件会开启它们的内部电子电路，这会启动时钟来对延迟时间和暴露时间计时；
图5示意地显示了根据本发明的一个实施方案的另一种光丸，当所述光丸被从包含它的包装件取出时，它的计时器被开启以对延迟时间和暴露时间计时；
图6示意地显示了配有控制器和适合用于接收信标信号的天线的光丸；
图7示意地显示了根据本发明的一个实施方案的图6所示的光丸，其被用于给患者胃肠道的患病区域提供光疗；
图8示意地显示了根据本发明的一个实施方案的光丸，其响应于定向信标信号而给患病区域提供光疗；
图9示意地解释了由典型硅光疗光源产生的非常宽角照射模式；
图10示意地解释了将重新成形光学器件放在典型硅光疗光源前面的效果；
图11描绘了本发明的胶囊装置，其配有在硅光源元件前面的环形透镜元件；
图12解释了本发明的另一个实施方案，其中将少量光源定位在胶囊的端面上；
图13显示了在图12中描绘的实施方案的光源和有关的光学元件的内部布置；
图14描绘了本发明的一个实施方案，其中通过挤压金属环来实现胶囊的最初触发；
图15解释了在本发明的某些实施方案中使用的光学移动感知系统的一般特征；
图16提供了在图15中描绘的光学移动感知系统的其它细节；
图17描绘了在本发明的某些优选实施方案中使用的光学移动感知系统的光检测器所检测到的典型反射光信号；
图18是根据本发明的一个实施方案，进行胃肠(GI)道的管腔内光疗的方法的简化流程图解释；
图19A是描绘组织对不同剂量的光的响应的简化剂量-响应图；
图19B是根据本发明的一个实施例实施方案，描绘了小鼠结肠组织对不同剂量的光的响应的实验剂量-响应图；和
图20A-D是当胶囊中的光源被开启和关闭时，胃肠道段的简化简图和实施例的对应简图。
具体实施方式
本发明在其某些实施方案中涉及一种可摄取的光疗装置，其可以用于治疗胃肠道的疾病，具体地，用于治疗炎性肠病(IBD)。
在详细地解释本发明的至少一个实施方案之前，应当理解，本发明的应用不一定限于在下述描述中阐述的和/或在附图和/或实施例中解释的组件和/或方法的构造和布置的细节。本发明能够实现其它的实施方案或能够以不同的方式实践或实现。
沿着胃肠道移动并且给胃肠道提供治疗照射所需要的胶囊可能需要充足的功率来这样做。下面的标题为“总治疗能量”的部分描述了总电池功率和需要的治疗剂量可以如何限制可以治疗的总区域。
在本发明的某些实施方案中，总电池功率不足以给需要治疗的所有区域的治疗提供动力。在本发明的某些实施方案中，仅照射胃肠道的部分，即已知或假定为患病的部分。患病部分有时甚至大于一个胶囊可以治疗的区域。在本发明的某些实施方案中，一个胶囊照射患病区域的一部分，以后吞咽的另一个胶囊照射患病区域的另一部分。某些疾病状况可能需要重复操作来实现完全或部分缓解。
在本发明的某些实施方案中，仅治疗胃肠道的患病部分的一部分，任选地提供疾病的改善。作为非限制性例子，仅治疗损伤的一部分，从而减小损伤的大小。
有用的是，基于胶囊到达患病区域的时间和/或胶囊到达患病区域的特定部位的时间，控制照射开启时间和关闭时间。
在本发明的某些实施方案中，通过测量离开最初起始点的时间，测量胶囊到达患病区域的时间。当胶囊从它的包装件取出时，或当按下胶囊上的开关时，或当胶囊中的传感器感知到某物（诸如它的环境中的pH变化、施加于胶囊环境的磁场、或磁场减弱，诸如此类）时，可以开始起始点。
在本发明的某些实施方案中，所述胶囊循环开启和关闭照射。这样的循环会提供许多益处，它们包括：节能；与连续照射可能治疗的区域相比，治疗更大的区域；将照射剂量限制至有效剂量且不过多；和在某些情况下，诸如如下所述的胶囊速度和/或光强度，施加脉冲光可能导致比连续照射更好的结果。
在本发明的某些实施方案中，与一些其它药物治疗同时提供治疗照射，诸如与治疗照射伴随地摄入药物，任选地提供药物和治疗照射之间的协同作用。
本发明的一些实施方案的一个特征是，胃肠道（包括肠损伤）的光照射所需的所有元件以及用于控制与所述照射有关的参数的装置被“装载”定位，也就是说，在胶囊装置本身内。所以，在某些实施方案中，下述事实会便利胶囊的应用，特别是患者他/她自己的自我应用：不需要使用额外仪器和/或外部仪器和/或辅助人员或医学专业人员。
在本发明的某些实施方案中，一些元件是在胶囊装置本身的外部，诸如用于造成胶囊开启或关闭光的外部致动器，例如，作为非限制性例子，用于确定在胃肠道中开启治疗光的地方的外部磁体、背心、功率变送器和/或定向信标。
现在参考图1。
图1示意地显示了根据本发明的一个实施方案，给患者的胃肠道50的壁51的患病部分提供光疗的光丸20的横截面视图。胃肠壁51的患病部分由胃肠壁51的波浪状部分52指示。
根据本发明的一个实施方案，所述光丸20包括一个或任选地两个被容纳在具有外壁36的胶囊壳体34内的光源21和22和光导引器31和32。胶囊壳体34的特征在于适合吞咽和穿过胃肠道的尺寸。作为例子，光丸20任选地是约27mm长，且具有约11mm的圆形横截面直径。光源21和22和光导引器31和32任选地位于胶囊壳体34的中央部分，所述中央部分被壁36的虚线部分35代表的区域（在下文中被称作“窗”）包围，所述区域可透过由光源21和22提供的光。光导引器31和32分别接收来自光源21和22的光（由箭头60代表），并导引接收的光穿过壁36的窗35以照射分别由虚线41和42指示的胃肠道50的环形区域。区域41和42（它们在图1的实施例实施方案中为环形）限定圆盘形体积，在其中发射分别来自光源21和22的光。所述光丸20包括电源24和控制器26，任选地位于胶囊壳体34的相对末端。在本发明的一个实施方案中，控制器26包括计时器27，并控制对由计时器提供的时钟信号做出响应的光源21和22（如下所述）。
应当指出，尽管在附图中将光疗光描绘为围绕胶囊的轴线成环形发射，在本发明的某些实施方案中，所述光疗光从胶囊的一端或两端发射，且甚至成环形和从胶囊的两端发射。
光源21和22可以包括根据期望的用于治疗胃肠道50的患病区域的光疗方案适合用于提供光的任何光源，诸如激光或LED。作为例子，在所述光丸20中，将光源21和22显示为具有位于胶囊20的轴线37上的光发射接头29和28的LED。在本发明的某些实施方案中，光源21和22提供基本上相同波长带的光。在其它实施方案中，光源22提供的光所在的波长带不同于光源21提供的光所在的波长带。
作为例子，胃肠道50的患病部分52具有炎性肠病(IBD)，且光丸20被构造成提供光疗。根据本发明的一个实施方案，为了治疗患病部分52中的IBD，光源21任选地提供在具有以约660nm(纳米)为中心的约±30nm宽度的波长带中的光，光源22任选地提供在具有以约850nm为中心的约等于±30nm的带宽度的波长带中的光。有利地，由每个光源21和22发射的光的强度使得，在每cm2的具有IBD的胃肠道组织积累在每个波长带的约0.1焦耳至约1焦耳的光疗光。应当认识到，以可见光谱(例如440nm)和近红外(NIR)光谱(例如850nm)或它们的任意组合中的其它波长发射的光源也可以用于实现本发明。
应当指出，已经证实，至少在1焦耳/cm2剂量，在NIR、红色和蓝色波长中的类似光强度具有基本上类似的治疗效果。
应当指出，发射蓝光需要更多的电池功率来提供类似的光强度。
应当指出，更高的光剂量水平不一定导致胃肠道损伤的更有效光疗。相反，在许多情况下，已经发现，更低的剂量水平会产生比更高的光照射水平更好的治疗结果。但是，还公认的是，也存在最小有效剂量水平。
结果，有效的肠光疗胶囊应当能够递送正确量的治疗能，后者在有效的剂量地带内。包括吞咽具有电池的光源过于简单的方案可能不是有效的，且可能甚至是有害的。因此，使用光剂量控制，以便避免下述不希望的情形：
a)低剂量将没有效果。
b)过剂量将没有效果，且可能造成局部损伤，例如通过加热组织。
c)动力源（诸如小电池）可能在已经将有效剂量提供给组织或足够的组织区域之前已经耗尽。
d)为了获得令人满意的治疗方案，可能需要覆盖整个肠壁的周边。
已经发现，光照射剂量（通常以焦耳/平方厘米的单位表示）受暴露时间(秒)和辐射功率(瓦特/平方厘米)影响。
一些影响向组织的剂量递送的因素包括：
-投射在肠壁上的照射模式的不均匀性，由此造成实际递送剂量的不均匀性。
-肠移行时间的变化，由此造成归因于暴露时间的变化的实际递送剂量的变化。
由于可吞咽胶囊的大小和在整个肠移行中支持光疗可能需要的功率，基于硅的光疗源在本发明的某些实施方案中是用于解决满足前述要求的问题的高度实用的解决方案。这样的基于硅的源(例如由LIGHTON制造的HSDL-4400)具有非常宽的照射角(通常110-140度)，其在肠壁上形成沿着胶囊的纵向轴线(移行轴线)衰减的照射模式，如图9所示。
现在参考图9。
在图9中，描绘了朝向肠壁212向外照射的硅光疗源210。由于辐射214的宽角和由于辐射强度在某些情况下与至所述源的距离的平方成比例的事实，被肠壁216吸收的辐射模式发生变化。在所述模式的一些点处，可以发现非常高的能量水平(邻近光源)，而在其它点处，发现了非常低的、亚最小阈值能量水平。
在本发明的某些实施方案中，使用基于硅光疗的源，所述源任选地产生已知的和可测量的功率水平，其可以与需要的“剂量响应曲线”进行对比，以证实所述源向组织递送正确量的治疗能量。在本发明的某些实施方案中，所述剂量响应曲线在胶囊中程序化，且所述胶囊会计算已经向组织递送的治疗能量的量，如在下面参考标题为“总治疗能量”的部分更详细地描述的。
在本发明的某些实施方案中，使用现成的硅发射极，其任选地具有预先生产的光学透镜和/或反射器，所述反射器并入所述发射极中或者可替换地制造在胶囊的壳中。
尽管任选地缩窄波束角可能防止亚阈值和无效治疗剂量向肠壁的递送，缩窄也可能造成其它问题，即向接受治疗的胃肠道区域中的整个肠周边递送不足的治疗功率的问题。
如在上文中所述，本发明的光疗肠胶囊的一些实施方案的一个期望特征是，向接受治疗的肠段的整个周边递送光疗法(即在胶囊周围的360度照射)。因而可以看出，简单地缩窄硅照射器的角度在某些情况下是不实用的，因为可能需要放置在胶囊外周边周围的增加数目的光源在物理上不会配合足够小以允许吞咽的胶囊的限制。
在本发明的某些实施方案中，使用光束成形光学器件来提供该问题的解决方案，所述光束成形光学器件被设计成在胶囊周边的周围产生360度照射覆盖，任选地也提供沿着胶囊的纵向轴线(移行轴线)的狭窄照射模式。这样的光束可以以它的辐射模式的指定宽度形成在肠壁上，从而以更均匀的和可测量的形式（与没有光束成形光学器件相比）提供功率密度和由此提供剂量递送。
在本发明的该方面的某些实施方案中，使用的硅照射器（例如由HueyJann Electronics Co.生产的HIRTLB2-4G）具有宽辐射模式，且被放置在整个胶囊周边的周围。甚至可以使用3个这样的照射器来得到在胶囊周边周围的360度覆盖。重新成形光学器件（其形状象环且放在光源上）沿着它的纵向轴线将光束集中成更狭窄的光束。
现在另外参考图10。如图10所示，使用该实施方案在肠壁上产生的照射光束214a以具有统一能量密度216a的环的形式形成。该照射模式借助于放在光源210和肠壁212之间的凸透镜218实现。光丸胶囊的移动方向由箭头220指示。该实施方案的其它细节提供在图11中。现在另外参考图11，该图显示了光丸胶囊230，其配有与硅照射源234重叠的、沿圆周布置的环形透镜元件232(“光学环”)。
现在另外参考图12。在一个替代性的优选实施方案中，作为以圆周方式布置的照射源的替代，将它们设置成使得，它们沿着装置的纵向轴线向前或向后方向指向，如图12所示。在胶囊装置240的该实施方案中，为了产生所需的能量输出，需要更少的、但是更强的光源242。为了在肠壁上实现期望的照射模式，使用漏斗形反射光学元件244穿过透光的穹顶246向外径向地重新导引产生的光束。
现在另外参考图13。在图13中更详细地解释了该实施方案的内部布置，其中箭头246指示，当由光源242产生的光束入射在反射元件244上时，所述光束的方向的变化。以此方式，在胃肠道248的内壁上向外径向地投射光束。
至此已经讨论的实施方案借助于控制由光源产生的照射模式而实现了期望的剂量水平向肠组织的递送。但是，如在上文中所述，也可能通过不同的方案（即通过控制胶囊的肠移行时间，由此造成归因于暴露时间的变化的实际递送剂量的变化）得到期望的剂量水平。
尽管不能控制在暴露时间中涉及的某些因素（例如决定肠能动性的生物元件），可能控制其它因素。因而，在本发明的一个优选实施方案中，所述光丸装置包含用于响应于所述装置在胃肠道中移动的速度的变化而控制发射光的强度的机构。这些机构将在下文中更详细地描述。
可以用于产生期望的照射模式的光学元件的另一个实施方案显示在图1中，该图显示了光导引器31和32，它们可以由任意合适的反射材料构成。在本发明的该实施方案中，每个光导引器31和32包括圆锥形反射器23，所述圆锥形反射器23具有与光丸20的轴线37重合的旋转轴。环形照射区域41和42（不论所述区域是否重叠，和如果它们重叠的话，它们在何种程度上重叠）的相对位置是下述因素的函数：LED 21和有关的反射器23的空间构型，圆锥形反射器31和32的锥角α，和胃肠道50的被照射的部分的直径。关于一些构型和胃肠道直径，如图1所示，环形照射区域41和42在相对小区域内重叠。
应当指出，光导引器不限于具有单一锥角的简单的圆锥形光反射器，其所有表面元件相对于锥体的轴线形成相同的“倾斜”角，其等于锥角的补角。圆锥形光反射器可以包括这样的表面：所述表面具有相对于锥体轴线成不同角的区域。作为例子，根据本发明的一个实施方案的锥体反射器任选地包括这样的表面区域：其具有随着所述表面区域至锥体轴线的距离从约30°至约60°逐渐增加的倾斜角。光导引器当然也不限于锥体反射器或反射器，且可以例如包括不同类型的反射元件、透镜、衍射光栅和/或光管中的任一种，并引导来自单个或多个光源的光以照射胃肠道的环形区域。
在本发明的一个优选实施方案中，控制器26响应于由计时器27提供的时钟信号而开启和关闭光源21和/或22，使得光丸20仅给患者胃肠道的一个或多个需要光疗的区域（例如胃肠道50的患病区域52）提供光疗。任选地，可将光丸控制器26编程为具有至少一个光疗开始时间和至少一个光疗停止时间，以控制所述控制器开启和关闭光源21和/或22的时间。光疗开始时间是控制器开启光源21和/或22以开始用来自光源21和/或22的光对患者胃肠道的一个区域进行光疗的时间，光疗停止时间是控制器关闭光源21和/或22以终止由光源21和/或22提供的光疗的时间。
光疗开始和结束时间相对于“开始计时”时间来测量，在所述“开始计时”时间时，计时器27开始计时以确定光疗开始和结束时间。开始计时时间是与患者吞咽光丸20以经历由所述光丸提供的光疗的时刻有关的时间。
任选地，开始计时时间是这样的时间：其基本上等于患者激活触发器的时间，也就是说，没有延迟。任选地，开始计时时间是这样的时间：其基本上等于患者吞咽光丸20的时间。在本发明的某些实施方案中，开始计时时间是这样的时间：其特征在于，相对于患者吞咽光丸的时间的预定时间差。例如，可以在吞咽光丸20以后胃酸溶解绝缘体和由此闭合设定开始计时时间的电路的时间来设置开始计时时间。
在本发明的某些实施方案中，通过与使用光疗所用的光丸有关的光丸的周围环境的变化，确定开始计时时间。所述变化会造成开始计时时间的设置。例如，任选地在低于体温的温度保存光丸20。当吞咽时，身体热量会升高光丸的温度，且所述温度变化会设定开始计时时间。在某些实施方案中，光丸20包括pH监测器，并响应于pH变化而设定开始计时时间，诸如当光丸被患者吞咽且与患者的唾液接触时检测到的pH的可能变化。在本发明的某些实施方案中，所述光丸包括这样的电极：在所述光丸被吞咽以后，所述电极暴露于患者的口腔或胃肠道中的液体或组织。使用电极之间的直流电(DC)阻或交流电(AC)阻抗的变化来设定开始计时时间。
在本发明的某些实施方案中，开始计时时间是，患者从含有光丸20的包装件中取出所述光丸20时的时间。从包装件取出光丸的动作决定了开始计时时间。在下面参考图4和图5讨论了本发明的这样的实施方案：其中从包装件取出光丸20会设定开始计时时间。但是，在开始该讨论之前，现在将参考图14描述激活机构的另一个实施方案。
现在另外参考图14，该图解释了配有外部金属环312的胶囊装置310。在即将使用前，患者(或医学护理人员)挤压所述金属环，使得它被迫与位于所述环内部的环形金属板314发生电接触。该电路闭合然后将电池与胶囊内的电子电路连接，由此开始它的工作。在这类的某些实施方案中，被包含在胶囊内或在它的表面上的指示灯会发光，以便指示胶囊的电路已经被激活。
现在返回更一般的讨论(参考图4和5)，响应于要接受光疗的患者的胃肠道中的患病区域的位置，确定光疗开始时间，使得在开始计时时间以后光丸20穿过胃肠道移动至患病区域所需的时间，光源21和光源22中的至少一个被开启。与光疗开始时间有关的光疗停止时间任选地取决于患病区域的范围和移行穿过患病区域所需的时间，使得在所述光丸离开患病区域以后，光源21和22被关闭，且不再处于照射患病区域的位置。
使用多种医学成像模态（诸如胶囊内窥镜检查术、磁共振成像(MRI)、X-射线计算机化断层摄影(CT)和超声成像）中的任一种，或通过简单的患者指示“这里痛!”和/或专业触诊，可以确定患病区域的位置和它的范围。
使用由不同研究提供的数据，可以估测光丸20的移行时间，所述研究诸如：Lawrence X.Yu、John R.Crison和Gordon L.Amidon的“Compartmental Transit and Dispersion Model Analysis of Small IntestineTransit Flow in Humans”;International Journal of Pharmaceutics,第40卷;1999，和Duane D.Burton、H.Jae Kim、Michael Camilleri、Debra A.Stephens、Brian P.Mullan、Michael K.O’Connor和Nicholas J.Talley的“Relationship of Gastric Emptying and Volume Changes After Solid Meal inHumans”;Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 289,2005。任选地，从物体穿过患者胃肠道的移行时间的测量结果，估测给定的患者的移行时间。例如，可以让患者吞咽听觉反射“校准光丸”，并使用超声传感器或内部速度测量向外部记录仪的无线传输，测量校准光丸在患者胃肠道中的前进。
如在上文中所解释的，可以使用光丸胶囊的移动的测量结果来计算它的平均速度和在胃肠道内的位置。这些参数又可以用于控制靶组织的治疗照射的开始和结束时间。在本发明的某些实施方案中，光丸移动的确定、及从该确定计算它的速度和位置、以及光源的控制，由在装置本身内含有的装载元件进行，无需额外的外置装置。在本发明的某些实施方案中，所述装置包括装载式加速度计。装载式加速度计的实例用途包括：测量沿着胃肠道移行的距离，和任选地测量胶囊的取向。在这些实施方案中，光疗开始和结束时间由装载式处理装置确定(如将在下文中更详细地描述的)，其中使用所述光丸穿过胃肠道移行的距离（从加速度计输出确定）和患病区域到胃肠道中的已知位置的距离作为它们的输入。任选地，通过双重积分由加速度计提供的加速度测量结果，确定“移行距离”。例如，如果患病区域到口腔的距离是在1.5-1.6米之间，光疗开始时间是双重积分加速度等于约1.5米时的时间。随后的光疗停止时间是双重积分加速度等于约1.6米时的时间。
在本发明的某些实施方案中，还使用胶囊速度测量结果来停止照射。所述停止会阻止胶囊已经停止过的区域的过量剂量，并且也防止浪费功率。
现在另外参考图15。在其它实施方案中，用于确定和测量光丸的移动的装载式装置包括光学运动感知装置(基本上类似于通常用于定位计算机屏幕上的光标的类型的光学鼠标)。在这些实施方案中，如图15所示，胶囊320包括一个光学移动感知元件和2个或更多个光学光检测器324，所述光学移动感知元件包括照射源(“照射器”)322，后者穿过胶囊的侧面通过它的透明壳指向外，所述光学光检测器324也指向在胶囊外面的点，它们对从肠壁326反射回的光信号做出响应。
以下述方式放置可以在www.sunledusa.com/products/spec/XZMDKT53W-6.pdf找到的照射器（诸如SunLED XZMDKT53W-6型的SMD LED）：使得它在小肠壁上投射的光指向与光检测器所聚焦的相同位置。以下述方式放置一对光检测器(诸如由LiteON制造的PIN光检测器的SMD HSDL-54xx系列)：它们二者聚焦于离开胶囊相同的距离，但是各自沿着胶囊的纵向轴线放在相距彼此预定的距离(诸如5mm)处。
在本发明的某些实施方案中，所述治疗照射光源会提供反射到光学运动传感器上的光。这样的实施方案可用于特定情况，诸如当光疗法通过光学运动感知以外的机构（诸如pH传感器和/或计时器）开启时。这样的实施方案也可用于特定情况，诸如当沿着整个胃肠道提供光疗法时。
现在另外参考图16。在图16描绘的一个实施方案中，当如上所述定位光学元件时，在胶囊沿着小肠336移动的同时，由照射器346(通过透明壳335)发射并从小肠壁反射回的光会被检测器344和345检测到。检测器345在肠壁上的视野由数字350指示。由于所述检测器位于相距彼此预定的距离338，所述2个检测器会得到稍微不同的反射。随着胶囊前进(在箭头348指示的方向)，检测到的信号的相会存在一定程度的差异，所述程度取决于胶囊移动的速度。图16也显示了当胶囊在肠内移动时光检测器344和345的输出。光检测器根据运动方向检测来自肠壁的反射(诸如A和B)。在该图证实的实施例中，位于最接近胶囊的前缘处的检测器(即检测器344)将首先检测到反射A，然后检测到反射B。
现在另外参考图17。在图17中还图示了这对检测器的输出。如从该图可以看出的，先导检测器344的检测的发生早于检测器345的检测，所述检测器345的位置更靠近装置的后缘。
因而可以理解，一旦已知检测反射信号的第一检测器的身份，可以得到运动方向。并且，由于检测器被放置在相距彼此预定的距离处，可以如下得到运动速度：计算检测器#1对特定事件的检测和检测器#2对相同事件的检测之间逝去的时间，并将检测器之间的距离除以检测差异时间。
移动方向和速度的值可以通过几种方法得到，诸如相检测器，或通过软件技术，诸如2个检测器输出之间的交叉关联。
在确定装置的速度和运动方向以后，通过随时间积分速度，可以确定它在肠内的位置。
任选地使用个人计算机(PC)，可以将光丸20用光疗开始和结束时间程序化，以给患者胃肠道的患病区域提供光疗。
现在另外参考图2。作为例子，图2示意地显示了根据本发明的一个实施方案，医学专业人员69使用具有监视器71的PC 70将光丸20程序化。PC 70通过有线或无线通信通道与对接站72连接，在所述对接站72中安置所述光丸进行程序化。对接站72任选地与光丸20通信，以将来自PC 70的命令传送至光丸。在本发明的某些实施方案中，使用下述通信：光(任选地调控强度)；射频(RF)；和通过物理接触的有线通信。
在本发明的一个实施方案中，医学专业人员将患者胃肠道50的图像74显示在PC的监视器71上，其中突出显示或以其它方式指示一个或多个患病区域。作为例子，在图像74中，用阴影示意地突出显示患者胃肠道50的患病区域52。医学专业人员通过选择图像74的区域的图像，选择要用来自光丸20的光疗光照射的胃肠道50的区域。在图像74中的区域的选择，可以使用本领域已知的多种方法中的任一种来实现，诸如通过使用鼠标来突出显示该区域或用边框包围它，或者如果监视器71是触摸屏，通过触摸要选择的区域。在图2中，作为例子，医学专业人员使用鼠标73来拉出椭圆形55，以限定包括患病区域52的区域用于接收光疗。
PC 70任选地响应于指示的区域的位置和患者数据（其与预期光丸20穿过患者胃肠道50移行的速度有关）而计算光疗开始和结束时间。将计算出的光疗开始和结束时间从PC 70传送至对接站72，后者将程序化信号传送至光丸20，以用开始和结束时间程序化所述光丸。
对于包括加速度计或光学运动感知（其提供用于确定光丸20移行的胃肠道距离的数据）的光丸20的一个实施方案，任选地使用PC70将控制器26程序化，以在从加速度计输出确定的光丸移行距离等于沿着胃肠道的包括患病区域52的距离时，开启和关闭光源21和/或光源22。任选地，所述包括患病区域的距离是椭圆形55与胃肠道的包括患病区域的区域交叉的位置。
对于包括pH监测器的光丸，根据本发明的一个实施方案，任选地响应于胃肠道中的pH而控制光丸。已知的是，胃肠道的不同部分的特征在于不同的pH值，且所述光丸被程序化，以在开始时间时开启和给胃肠道的患病区域提供光疗，在所述开始时间时，所述光丸到达胃肠道的特定区域，该区域具有患病区域所在的胃肠道部分特有的pH值。
在本发明的某些实施方案中，任选地除了用光疗开始和结束时间将所述光丸20程序化以外或者甚至替代性地，医学专业人员69任选地用要施加于患病区域52的光疗光的期望强度和/或波长将所述光丸20程序化。例如，在本发明的实施方案（其中光源21和22是可调节的，或者其中光源21提供的治疗光所在的波长带不同于光源22的波长带）中，医学专业人员还可以将光丸20程序化，以给患病区域52递送不同的治疗光波长组合。在本发明的某些实施方案中，医学专业人员根据要在患病区域52积累的治疗光的总期望量来确定由光源21和22提供的光的强度。
如在上文中所讨论的，可以将本发明的光丸胶囊程序化，以便控制治疗光源的激活和灭活，由此确保治疗光照射发生在胃肠道内的期望部位处，以及防止非靶部位的不必要照射和胶囊电池的过早耗尽。
为了实现可编程功能(functionality)，在一个实施方案中，胶囊可以包括可编程的微处理器控制器，其尺寸较小，耗电低，不需要运行外部组件，且可以在由胶囊的电池供应的宽工作电压范围内起作用。
适合该任务的微处理器的一个优选例子是MicroChip的PIC12F1822处理器，其是较小尺寸(3X3mm)的自含式可重编程的控制器，且它的运行不需要外部组件。该微处理器可以在1.8V至5V的电压范围运行。PIC12F1822具有非常低的功率消耗，且含有数字输入/输出以及几种模拟输入用于取样和信号处理。
如在上文中所讨论的，可以以几种不同激活/灭活模式中的一种或多种，使用光丸胶囊：
a)基于计时器的激活/灭活；
b)基于位置的激活/灭活；
c)基于pH的激活/灭活；
d)基于温度变化的激活/灭活；
e)基于水分和/或湿度的激活/灭活；和
f)基于外部磁体的激活/灭活。
应当指出，可以任选地组合使用不同的激活/灭活模式，其中使用超过一种作为激活/灭活的基础。
基于计时器的激活
本发明的一些实施方案被设计为简单的，适合家用，无需医学从业人员的存在。患者任选地在吞咽之前激活胶囊。所述激活会开始胶囊的运行，是时间测量结果或pH测量结果。患者吞咽胶囊，且所述胶囊在激活以后的预定时间，和/或在感知特定pH和/或水分和/或温度变化以后，可以开启光源。
在本发明的某些实施方案中，所述患者自施用（即吞咽）几个胶囊，任选地在前一个胶囊已经离开身体以后和/或一天以后和/或不同量的时间以后，吞咽一个新胶囊。所述几个胶囊可以各自包括控制器的预先编制程序，以在从激活或从pH感知的不同时间段以后开始光疗照射，使得几个胶囊中的每一个可以照射胃肠道的不同段。任选地，可以针对哪个胶囊在什么时间以后开始照射，将不同的胶囊标记，和/或进行标记以鉴别吞咽胶囊的次序。这样的标记可以是通过颜色编码，和/或通过在胶囊上和/或在包装件上印刷时间。任选地，可以在制造过程中将不同的胶囊预先程序化，用于控制不同的开始时间，并根据它们的开始时间做出标记。任选地，将胶囊提供给患者的医学从业人员可以将不同的胶囊预先程序化，用于控制不同的开始时间。
在本发明的某些实施方案中，将几个胶囊（任选地在照射之前具有不同的时间延迟）包装为套件。
该操作模式主要用于这样的情况：其中相对可预测的肠移行速度占优势，诸如在临床研究中，其中根据预定的方案仔细地选择患者，并且在良好受控的和受监测的环境中使用胶囊。
一旦从所述胶囊的包装件中取出它就会触发它，或者由患者在吞咽之前进行触发。一旦触发，内部处理器会计数从触发逝去的时间，并且一旦达到预定的时间延迟值，胶囊会被激活(即治疗光源被开启)。
所述预定的延迟值反映了胃延迟时间(例如，在受控环境中，半小时)和允许胶囊到达它的治疗靶区域的额外延迟(例如，对于3小时肠移行时间，需要2小时延迟才能到达回肠末端区域)。
基于位置的激活
作为一些非限制性例子，该模式适合用于这样的情况：其中没有预测肠移行时间，和/或其中预期移行速度值有较大变化，和/或其中基于位置的激活是容易获得的，诸如在某些诊所中。
为了使用基于位置的激活，可能使用一种或多种机构来确定胶囊在胃肠道内的位置和前进，诸如在上文中描述的加速度计和光学位置感知装置。使用这些机构，可能测量胶囊在小肠内的前进和提供瞬时平均移行速度，后者如果积分的话，会得到移行的距离。
通过获知移行的距离，现在可以将胶囊设置成在小肠内的绝对位置处激活(诸如幽门括约肌以上4.5米)，不论到达那里所用的时间。应当指出，由于胃运输的可变延迟，且也由于测量误差，该方法不是特别准确的。
应当指出，在使用光学速度感知的实施方案中，可能检测胶囊进入小肠中的时间，因为在胃中，胶囊不会象在小肠中那样与组织发生持续接触。一旦从光学传感器得到有效的和/或恒定的速度测量，它指示，例如，所述胶囊已经进入小肠中。
用于确定位置的另一种方法是，使置于患者身体上的带和/或贴剂靠近要激活胶囊的位置。通过在胶囊内设置RFID标签以及在带和/或贴剂上设置RFID检测器，可以检测所述靠近。所述RFID检测器可以通过激活胶囊中的开关而造成胶囊的激活。作为非限制性例子，所述开关可以是磁开关，且所述激活是由电磁圈实现的激活。
用于确定位置的另一种方法是，使用标准医学成像的成像。当确定胶囊是在期望的位置时，可以如上所述远程地激活胶囊。
在本发明的某些实施方案中，患病区域的位置和它的范围是按照患者指示（所述患者指示痛处）和/或专业触诊。通过线圈（诸如在金属检测器中使用的线圈）在患者中定位胶囊，检测和显示胶囊向线圈的靠近，在此时将信号发送至胶囊以开启治疗照射。所述信号任选地是由线圈提供的电磁信号，所述线圈被用于检测胶囊的靠近。在本发明的某些实施方案中，将磁体插入胶囊中，以便产生更显著的信号用于所述线圈的检测。
基于pH的激活
由于pH值沿着胃肠道显著变化，通过测量胶囊目前所在的区域的pH，可以得到胶囊的位置。下表提供了在人受试者的胃肠道的不同区域中通常发现的最小和最大pH值：
| 位置 | 最小pH | 最大pH |
| 胃 | 1.0 | 2.5 |
| 小肠近端 | 6.1 | 7.1 |
| 回肠末端 | 7.1 | 7.9 |
| 盲肠 | 6.0 | 6.8 |
| 左结肠 | 6.3 | 7.7 |
因而可以理解，可以使用周围pH值来鉴别胶囊在小肠中的进入。从该点向前，可以采用其它机构(诸如在上文中描述的加速度计和光学运动传感器)，以便测量小肠内的位置的变化。
使用并入胶囊内的pH传感器，可以进行pH的测量。尽管可以使用任意合适的传感器，在一个实施方案中，所述pH传感器可以是ISFET(离子敏感的场效应晶体管)传感器，诸如在US 2004/0106849中描述的遥测胶囊所用的传感器。
将胶囊程序化
在本发明的某些实施方案中，装载式微处理器也用于除了治疗光源的激活/灭活以外的目的，包括(但不限于)光源输出强度的控制以及速度和位置参数的计算。
例如，可以如下实现胶囊中的可编程参数的设置：
i)在胶囊制造过程中预定义设置。
ii)医师在使用之前程序化。
制造设置是这样的方法，其中在胶囊制造过程中将工作值程序化进胶囊中。具体地，在本发明的某些实施方案中，预先准备几个版本的微处理器软件，每个版本含有不同的设置(例如，一个版本可能包括延迟0.5小时的工作，而另一个版本可能包括延迟2小时的工作)。
用不同的软件版本将微处理器程序化，并装配进胶囊中，所述胶囊现在被标记，以便在不同的版本之间进行区分。
第二个方案涉及在摄取之前将胶囊重新程序化。因而，在需要特殊设置参数的情况下，例如如果患者的小肠移行速度非常高或低，医师可以改变胶囊的设置参数，以便考虑罕见的生理参数。所述重新程序化可以通过与胶囊的双向无线通信来实现，其中可以从胶囊读出参数，并写回进胶囊中。
这样的无线通信可以使用标准的无线协议（诸如WiFi或蓝牙）来实现，或者可替换地，借助于医师的计算机和胶囊之间的光传输来实现。
作为非限制性例子，下述参考文献描述了医学从业人员可以用于找到肠移行速度的方法：
呼吸试验(乳糖-酰脲呼吸试验)：www.eurostarch.org/Priebe.pdf；
无线智能丸：www.touchbriefings.com/pdf/2602/Smartpillcorpfinal_tech.pdf；
Pillcam图像处理：www.ima.org.il/imaj/ar04sep-3.pdf；和
无线电遥测:www.springerlink.com/content/t038j55020247w75。
停止时间
在本发明的某些实施方案中，用关灯时间或停止时间预先程序化所述光丸。
在本发明的某些实施方案中，任选地响应于在胃肠道内的pH和/或检测到的位置的变化，将所述光丸去激活。
在本发明的某些实施方案中，所述光丸没有用停止时间程序化。相反，光丸的光源一旦被开启，所述光丸持续产生光疗光，直到它的动力源不再具有足够的能量来给光源供能。
在本发明的某些实施方案中，将所述光丸程序化以至少部分地基于所述光丸的速度（通过加速度计测得）来关闭灯。
在本发明的某些实施方案中，将所述光丸程序化以至少部分地基于所述光丸的速度（通过光学速度传感器测得）来关闭灯。
在本发明的某些实施方案中，将所述光丸程序化以至少部分地基于所述光丸的位置（通过加速度计计算）来关闭灯。
在本发明的某些实施方案中，将所述光丸程序化以至少部分地基于所述光丸的位置（通过光学速度传感器计算）来关闭灯。
现在另外参考图3A和3B。图3A和3B示意地解释了光丸121和122，根据本发明的一个实施方案，所述光丸121和122用于向患者的具有炎性肠病(IBD)的胃肠道50的区域52A和52B施加光疗。光丸121和122可以类似于图1所示的光丸20，且包含光源21和22(图1)，所述光源21和22被构造成发射光，所述光任选地在以440nm、660nm和850nm为中心且具有约30nm的带宽的波长带中。在图3A中，光丸20在它的计时器27的开始计时时间时或附近被吞咽(图1)，并开始穿过患者胃肠道50。将所述光丸程序化，任选地如图2所示，在估计它将到达患病区域52A时，在光疗开始时间t1时开启光源21和22，并维持光源开启，直到光疗停止时间t2（此时它离开该区域）。
随着所述光丸121穿过胃肠道50，其显示在沿着胃肠道50的不同位置处，并且光丸121在时间t1和t2处的估测位置用所述时间进行标记。所述光丸的窗35（来自光源21和22的治疗光穿过所述窗35透射至胃肠道的照射区域）（图1）被显示为无颜色差别（以指示光源21和22被关闭的时间）和被显示为有颜色差别（以指示光源被开启的时间）。在患病区域52A中，光源21和22开启，且窗35被显示为有颜色差别。根据本发明的一个实施方案，将光丸121程序化以向患病区域52A递送等于约0.1-1焦耳/cm2的总量的治疗光能，在以440nm、660nm和850nm为中心的每个波长带中。为了提供期望的能量积累，光丸121照射患病区域52A，其中每个带中的光的强度等于期望的能量积累除以所述光丸在患病区域附近和照射所述患病区域的时间。
作为例子，假定光丸121的电源24不具有足以给患病区域52A和52B提供治疗光的能量，和仅使用所述光丸来给患病区域52A提供光疗。在图3B中示意地显示的光丸122用于给患病区域52B递送光疗。在开始计时时间to *时或附近吞咽光丸122，并将其程序化以在to *以后的时间t3开启它的光源21和22，在该时间t3，预期光丸122到达患病区域52B的附近。将光丸程序化，以将它的光源在时间t3开启以后保持开启直到时间t4，此时预期所述光丸离开患病区域52B的附近。在图3B中，显示了光丸20，其穿过患病区域52A时它的光源被关闭(窗35无颜色差别)，且其在患病区域52B附近时它的光源21和22被开启(窗35有颜色差别)。
现在另外参考图4。在本发明的一个实施方案中，在已经将光丸121和122用它们各自的光疗开始和结束时间程序化以后，将它们包装在图4示意地显示的保护性包装件130中，并且所述光丸从包装件的取出会设定光丸的开始计时时间。
任选地，形成具有承窝132的包装件130，在所述承窝132中插入光丸121或122并稳定地保持。根据本发明的一个实施方案，在光丸121和122中包括的控制器26具有磁性地激活的“开始计时开关”(未显示)，后者运行以设定光丸的开始计时时间，且包装件130包括磁体134，所述磁体134在每个承窝132的附近产生磁场。在将光丸121或122程序化以后，当首先将它放入包装件130的光丸承窝132中时，由承窝附近的磁体134产生的磁场笼罩着光丸的控制器26的磁性开始计时开关。当所述光丸从它的承窝取出并远离承窝的磁场时，在所述光丸附近的磁场大幅下降。磁场的下降会激活磁性开始计时开关以设定所述光丸的开始计时时间。
在本发明的某些实施方案中，光丸包括这样的开始计时开关：当将光丸从包装件取出时，其机械地运行以设定所述光丸的开始计时时间。
现在另外参考图5。图5示意地显示了安置在包装件162的承窝160中的光丸150，当将光丸从承窝取出时，所述包装件162机械地运行所述光丸中的开始计时开关以设定所述光丸的开始计时时间。光丸150任选地具有弹性壁区域152（以阴影显示），且在下文中被称作“按钮152”，其被压下和随后释放以运行开关。形成具有突出物（被称作刺161）的承窝160，所述突出物被构造成，当将光丸150安置在承窝中时，其压下按钮152。在用光疗开始和结束时间将光丸150程序化以后，将所述光丸安置在承窝160中，使得刺161压下按钮152。压下所述按钮会控制开始计时开关。当从承窝160取出光丸150时，按钮152被释放，且开始计时开关被启动以设定光丸150的开始计时时间。
应当指出，光丸不限于具有通过磁场或机械地设定的它们的开始计时时间。在本发明的某些实施方案中，通过使光丸暴露于光来设定光丸开始计时时间。任选地，所述光丸包括光传感器，所述光传感器响应于入射光而产生信号。所述光丸被包装在不透光的套管或包装件中。当取出和暴露于光时，所述光传感器产生信号，所述信号造成开始计时时间的设定。
在本发明的某些实施方案中，将光丸激活以响应于信号（在下文中被称作信标信号）而给患者胃肠道的区域提供光疗，所述信号由在患者身体外部的信标变送器（其任选地安装在患者身体上）传送。
现在另外参考图6。任选地，图6示意地显示了光丸170，其包括具有接收器的控制器172，所述接收器由天线174代表，用于接收信标信号。任选地，光丸170包括这样的光源构型，其发射的光疗光不同于在图1中显示的光丸170所包括的光源构型。光丸170任选地包括多个光源176，它们沿着圆圈的周边对称地布置，以直接照射它所在的胃肠道区域的环形区域，任选地穿过所述光丸的窗35。
任选地，控制器172被构造成处理由位于患者身体上的靠近信标建立或传送的靠近信标信号，所述患者的胃肠道要通过光丸170用光疗进行治疗。控制器激活光源176，也就是说，随着所述光丸穿过患者胃肠道，响应于天线174从靠近信标接收的信号而将光源176开启和关闭，其指示，所述光丸是在变送器的附近，并因此位于胃肠道的意图接收光疗的区域。
不同类型信号中的任一种可以适合作为靠近信标信号。例如，根据本发明的一个实施方案，靠近信标可以提供超声或射频(RF)靠近信标信号。在本发明的某些实施方案中，靠近信标在患者身体内产生相对恒定的场，诸如磁场。控制器172会感知该场，并确定何时响应于感知的场的强度来开启光源176。
现在另外参考图7。图7示意地显示了光丸170，其用于响应于信标信号而给患者胃肠道50的患病区域52提供光疗，所述信标信号由虚线同心圆圈180（在下文中也被称作“信号圆圈”）表示，由位于患者身体外部靠近患病区域的信标182传送。信标信号180的强度随着到信标182的距离而降低。任选地将光丸170程序化，以开启光源176，并且只要接收器174接收的信标信号180的强度大于预定的阈值强度，就维持所述光源开启。用在实心“阈值圆圈”180*（其与“信号圆圈”180同心）内的区域示意地指示患者身体中信标信号强度约等于或大于预定信号强度的区域。
在图7中显示了，在光丸170被患者吞咽以后，它在胃肠道50中的不同位置。如透明窗35所指示，所述光丸保持关闭(即光源176关闭)，只要它保持在阈值圆圈180*的外面。一旦它到达阈值圆圈180*并保持在圆圈区域下面在患者身体区域内，光丸170接收的信标信号180的强度会大于预定的阈值强度，且所述光丸被“开启”，并向胃肠道50的患病区域52递送治疗光。圆圈180*内的光丸170的开启状态由它的窗35的阴影指示。
在本发明的某些实施方案中，与光丸170类似的光丸处理由定向信标传送的定向信标信号，以确定所述光丸在患者胃肠道中的位置，并确定开启它的光源和给胃肠道提供光疗的时间。
在本发明的某些实施方案中，所述信标标记胶囊的“开启”位置，使得所述位置任选地是这样的地方：当胶囊靠近信标时信标信号强度增加以后，信标信号强度下降。
现在另外参考图8。图8示意地显示了光丸180，其响应于所述光丸从定向信标200接收的定向信标信号而给患者胃肠道50的患病区域52提供光疗，所述定向信标200安装在患者身体外部的已知位置处。作为例子，显示的定向信标200靠近患者身体的肚脐区域。
定向信标200传送旋转光束，后者由具有任选声能的块状箭头202表示，其频率“f”和强度“I”分别随着角方向“
”（沿着所述角方向投射光束）和在患者身体中到信标的径向距离“r”而变化。光束202的角方向
是围绕轴线(未显示)的方位角，所述轴线穿过信标200并与患者身体的冠状面垂直(与图8的页面垂直的轴线)。旋转方向任选地是顺时针方向，并由弯曲的箭头204指示。频率f和强度I书写为
和I(r)，以明确地显示它们各自对方位角和相对于定向信标200的径向距离的依赖性。
可以如下确定患者身体中的区域相对于定向信标200的位置的位置：确定光束202在所述位置处的频率和强度。例如，可以使用查表来将在患者身体的给定位置处测得的光束202的频率
和强度I(r)映射至所述位置的方位角
和径向距离r坐标。在图8中，示意地显示的患病区域52位于方位角
和
之间和相对于定向信标200的径向距离R1和R2之间。在该图中，分别用
和
标记的虚线包括了患病区域52的角范围，且用R1和R2标记的虚线分别包括了患病区域的径向范围。在本发明的一个实施方案中，所述患病区域与在频率和频率
之间的频率范围内的对应频率以及在I(R1)和I(R2)之间的对应强度有关。
在光丸170被吞咽并沿着胃肠道50移行以后，它的接收器174(图6)接收由定向信标200传送的定向信标信号202，所述信号由控制器172进行处理，以确定它们的频率和强度。在接收具有在和I(R1)-I(R2)范围内的频率和强度的方向信号（其标记患病区域52的位置）以后，控制器开启光源176以用光疗光照射患病区域。
应当指出，尽管在上面的描述中，光丸向胃肠道的患病区域提供光，根据本发明的一个实施方案的光丸不限于给胃肠道的患病区域提供光疗。例如，可以使用光丸来照射一部分或基本上全部的患者胃肠道，以给患者提供预防性治疗。
在本发明的某些实施方案中，在临床场合中用光丸治疗患者。所述临床场合可以同时集中治疗几位患者。可以任选地使用医学成像系统跟踪在患者身体内的光丸，并且医学从业人员可以任选地基于医学成像的结果而决定何时开启或关闭治疗照射。所述医学从业人员可以任选地基于医学成像的结果而决定何时开启光丸内的计时器。
患者可以使用本发明的光丸胶囊的实施方案以下述方式来治疗胃肠道的病症：
患者在早晨醒来以后，在进食前至少半小时，可以自我施用光丸胶囊。可替换地，可以在食物消耗以后至少4小时自我施用(可以任选地在任意时间消耗透明的流体)。该要求会确保，胃是空的，且保持光学障碍物的排空，直到胶囊移行离开胃进入小肠中。
可以将光丸胶囊包装在6或10个胶囊的包装件中。在使用之前，使用者将胶囊从它的包装件取出。
一旦从它的包装件取出，胶囊可以被激活(借助于在上文中描述的激活模式之一，且任选地由来自胶囊内的可见红光指示，所述可见红光每秒闪烁1次，共闪烁3次)，并应当在从包装件取出的5分钟内吞咽。使用者应当确认胶囊是激活的。在胶囊的另一个形式中，激活可以通过挤压胶囊(如上所述)来实现。在该背景下，胶囊的激活表示计时器的激活，由此将胶囊置于准备好被患者吞咽的状态。应当指出，治疗光源将在以后响应于由计时器、加速度计或光学检测器产生的信号而开启。
现在另外参考图18，该图是根据本发明的一个实施方案，进行胃肠(GI)道的管腔内光疗的方法的简化流程图解释。
图18描绘了一种方法，所述方法包括：
吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个能够发射光的光源，所述光的波长和强度适合提供光疗作用(1810)；和
当所述胶囊是在胃肠道中时，激活所述光源。
最佳性能的辐射剂量的估测
有效光疗的要素是最佳性能的辐射方案的确定。
光疗所需的最佳辐射的选择是被称作低水平光疗法(LLLT)的领域。在LLLT中已知的辐射方案由Ardnt-Schulz曲线（也被称作二相性剂量响应曲线）来表示。
现在参考图19A，该图是描绘组织对不同剂量的光的响应的简化剂量-响应图2000。图19A描绘了Ardnt-Schulz曲线2030，其中使用递增照射剂量的定性X-轴2010，和对光剂量的响应的定性Y-轴2020。Ardnt-Schulz曲线2030表明，对递增辐射剂量的响应从无响应至低剂量开始，随着剂量的增加而增加，然后随着剂量的增加而降低。
二相性剂量响应是指，与更高水平的光相比，低水平的光在刺激和修复组织方面具有好得多的效应。实际上，存在最好响应的最适条件，其中更低的光水平或更高的光水平会产生有效性低很多的治疗。
实验结果
我们的实验表明了哪种具体剂量对小鼠的急性DSS结肠炎具有最佳效应，该剂量用于提供在人类中的剂量的良好指示。
现在参考图19B，该图是根据本发明的一个实施例实施方案，描绘小鼠结肠组织对不同剂量的光的响应的实验剂量-响应图。图19B描绘了响应曲线2055，X-轴2060为以焦耳/cm2为单位的照射剂量，且标准化的Y-轴2065为对光剂量的响应。将Y-轴标准化，使得小鼠中未治疗的结肠炎（其接受假治疗，所述假治疗包括插入胶囊，但是不运行治疗光源）被视作具有1的值，并在经治疗的小鼠中观察到更低水平的结肠炎。X-轴描绘了1焦耳/cm2、0.5焦耳/cm2、0.25焦耳/cm2、和0.1焦耳/cm2的剂量。
响应曲线2055表明，对照射剂量的响应在0.25焦耳/cm2处为最佳，并在从0.1焦耳/cm2开始且向上延伸至0.5焦耳/cm2和1焦耳/cm2之间的更宽范围内较好。
在剂量响应学会（Dose Response Society）2009的出版物（其可以在www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2790317/pdf/drp-07-358.pdf找到）中声称，如果施加的能量不足，将会没有响应(因为尚未满足最小阈值)；如果施加更多的能量，会超过阈值并实现生物刺激；并且当施加过多的能量时，那么所述刺激会消失，而是被生物抑制替代。
被接受的是，用2个主要照射参数“药物”和“剂量”接近LLLT场。认为“药物”包括几个要素，其中重要的要素是波长(通常以nm为单位来测量)和辐照度(通常以W/cm2为单位来测量)。认为“剂量”包括额外的要素，例如能量密度(J/cm2)和照射时间。
研究人员已经研究了不同病理学的上述参数，从而尝试确定各自的最适治疗方案。最常使用的照射区域是1mW至500mW的LED或低功率激光照射。
一些例子方案试验公开包括：
在人类中的光疗剂量:
在动物试验中的光疗剂量:
在体外试验中的光疗剂量:
应当指出，尚未在小肠中针对IBD进行光疗，所以没有已知的数据可用于确定小肠LLLT的适当药物和/或剂量值。
应当指出，结肠愈合参数可能类似于小肠愈合值。
在本发明的某些实施方案中，为小肠治疗提议的能量和剂量是基于平均小肠移行时间。在7米的平均胃肠道长度和3-5小时的平均移行时间，估测的胶囊的移行速度的平均速度为0.065-0.039cm/秒。
可以治疗的胃肠道的其它部分
在本发明的某些实施方案中，治疗胃。吞咽胶囊，且其给胃提供治疗照射。在本发明的某些实施方案中，所述胶囊在提供照射以后向下进入胃肠道中并被排泄。
在本发明的某些实施方案中，治疗结肠。任选地，与插入结肠镜类似地插入胶囊，并给结肠提供治疗照射。
在本发明的某些实施方案中，治疗结肠。任选地，与插入栓剂类似地插入胶囊，并给结肠提供治疗照射。
治疗方案
在本发明的某些实施方案中，使用下述方案来提供光疗治疗：
治疗计划：每隔一天；每周3次，和从每天1次至每周1次。
治疗次数：3次治疗和以上。应当指出，在第三次治疗以后，已经检查到提供NIR光疗的改善，并且在第三次治疗以后，预见到提供在本文中列出的任意波长的光疗的这种改善。
光疗照射的持续时间：光疗照射的持续时间取决于为治疗选择的剂量。如在下面进一步描述的，考虑光源的光强度和测量的和/或预期的沿着胃肠道的移行速度，计算所述持续时间。
在小鼠实验中使用的剂量/持续时间方案的例子（其中的一些在本文中进行了描述）包括：
| 剂量(焦耳/cm2) | 暴露时间(秒) | 距离(cm) | 波长 |
| 1 | 60 | 0.5 | NIR |
| 0.5 | 30 | 0.5 | NIR |
| 0.25 | 15 | 0.5 | NIR |
| 0.1 | 6 | 0.5 | NIR |
| 1 | 30 | 0.5 | 红 |
| 1 | 45 | 0.5 | 蓝 |
能量计算
下面是随着胶囊在小肠中移行，胶囊的一个实施例实施方案的一个实施例能量密度计算。在本文中描述的胶囊的实施例实施方案具有围绕它的周边的“光环”，其由重新成形光学器件产生，和/或通过将光源安置在胶囊的表面周围来产生，如在图6中，光源176。
所述“光环”的功能是确保，治疗光被递送至肠壁，且未递送至在胶囊前面和后面的区域。
示例性的胶囊的尺寸为11mm直径x27mm长度，与此相比，小肠在空时的内径为大约1-1.5cm，这表明，所述胶囊通常与肠壁平行地移行。
总治疗能量
由胶囊发射的治疗光任选地由位于胶囊内的内部电池供能。要由电池供给的理论最大能量可以如下计算：
电池总功率＝I·V 方程式1
其中I是电池的连续放出电流，且V是平均电池电压(电池电压随着电池被消耗而下降)。通过mAH(毫安小时)来测量电池容量，所以电池容量决定了从电池可以放出给定电流的持续时间。
根据下式，可以通过总焦耳来定义电池理论能量：
E＝电池总功率·放电时间 方程式2
任选地，使用治疗所需要的能量密度(焦耳/cm2)与电池提供的最大理论能量之比，计算最大理论治疗面积：
治疗面积=E/剂量 方程式3
可消化的治疗胶囊经常受限于它的容量。所述胶囊不能使用大尺寸的电池。
作为典型例子：与平均值为3.6V的放电电压曲线一起使用80mAh电池。使用上式，最大理论治疗面积为：
方程式3:治疗面积=V·I·T/剂量
| 剂量 | 1J/cm2 | 0.5J/cm2 | 0.25J/cm2 | 0.1J/cm2 |
| 治疗面积 | 1,036cm2 | 2,073cm2 | 4,147cm2 | 10,360cm2 |
由于胶囊的电子电路中的元件的损失和治疗LED的损失，“真实寿命”治疗的面积可能更低。能量“损失”的一些促进因素是：
DC至DC转换和LED驱动器，典型损失为约15%；
LED效率，典型损失为约70%；和
控制电子器件，典型损失为约5%。
应当指出，LED效率取决于LED的主要波长。目前可得到的近红外(NIR)或红LED可以表现出如上所述的效率20%-30%。在其它波长的LED可以表现出更低的效率，诸如蓝LED，其可以表现出15%-20%的典型效率。
实际上，预见到与电池最大能量的25%相对应的理论治疗面积。
已经进行了实际胶囊性能的模拟，从而产生了“真实寿命”胶囊治疗的下述结果：
关于NIR LED治疗源-
上述的模拟是基于直径为11mm的胶囊和平均直径为15mm或更小的小肠。更小的肠半径会导致相同剂量需要更少的功率，这会节省电池功率和增加被光源覆盖的治疗面积。
治疗区域
通常，克罗恩氏病(CD)是一种完全的胃肠道疾病(“口腔至肛门”)。在大多数患者中，克罗恩氏病涉及小肠，且在某些患者中，也涉及大肠。
大多数CD病例一般涉及小肠，且具体地涉及回肠末端，在本发明的某些实施方案中实现的胶囊的目的是，如果可能的话，照射整个小肠。如果受限（例如由于治疗面积的限制）于小肠的部分覆盖，那么回肠末端是优先治疗区域。
典型的完整小肠的长度是约7米(700厘米)，平均内径为约1.5cm-2cm。回肠末端长度是约2m-4m。
使用那些尺寸，可以基于管的简化模型来计算治疗面积：
面积＝2·π·r·h 方程式4
基于上式，整个小肠的平均治疗面积是大约6,594cm2，回肠末端治疗面积是大约2,826cm2。
在本发明的某些实施方案中，在小肠（其具有15mm的肠壁平均内径）中使用的胶囊仅稍微小于肠的直径，或为大约9mm-11mm。在大多数情况下，在蠕动过程中，肠壁“收缩”到胶囊上或非常靠近胶囊，这会迫使胶囊的取向为朝向肠的下游，并且基本上没有至没有侧向移动。
NIR波长的应用允许深层组织穿透至多4cm，这会克服使治疗的组织处于LED源的直接照射下的需要。深层组织穿透与NIR和IR有关，并且当波长从黄光缩短至蓝光和紫外光时减小。深层组织穿透会辅助胶囊光疗，以防止肠中的褶皱干扰向肠组织的光疗递送。
治疗区域的重叠可能造成某个重叠区域的“过量剂量”，并且如前面所解释的，将在该区域不显示有效性。光源的激活机构任选地起作用以保持那些重叠区域最小。
根据移行速度控制剂量
在本发明的某些实施方案中，剂量是基于功率和暴露时间的乘积。
随着胶囊穿过肠移行，由于胃肠道的蠕动动作，所述胶囊的移行速度发生变化。移行速度的变化会改变组织暴露时间：胶囊的移行越快，它对单位肠面积的照射越少。
为了控制最佳剂量向组织的递送，在本发明的某些实施方案中包括控制机构，其被设计成根据移行速度而改变照射功率。
成年人中的典型小肠长度是7米。穿过小肠的移行时间在人和天数之间变化，但是平均值为3-5小时。
使用上述平均值，计算的移行速度为：
例如，在3小时移行时间的情况下，如下计算速度：
对于3-5小时移行时间而言，上述计算得到0.0648(cm/秒)至0.0388(cm/秒)的移行速度。
根据移行公式，其中：
距离=速度·时间 方程式7
暴露时间是胶囊移行经过确定的距离（在该情况下，“光环”的长度，它是被LED照射的、在胶囊周围的有效面积）所需的时间。
使用上面的数字，得到下述暴露时间，作为移行速度和“环”长度的因数：
| 环长度/移行时间 | 5mm | 10mm | 15mm |
| 3小时 | 7.7秒 | 15.4秒 | 23.1秒 |
| 4小时 | 10.3秒 | 20.6秒 | 30.8秒 |
| 5小时 | 12.9秒 | 25.7秒 | 38.6秒 |
在现在描述的实施例实施方案中，胶囊光学器件和/或光源布局在“光环”中基本上均匀地传播治疗光。由于在“光环”外面基本上没有“渗漏”治疗光，来自光源的所有辐照治疗光被递送至内肠壁的“光环”区域。
“环”的表面积由下式给出：
环表面积=2·π·环长度·肠半径 方程式9
使用上面计算的一些值，将典型的“光环”表面积计算为:
| 环长度/肠半径 | 7.5mm | 10mm |
| 10mm | 4.71[cm2] | 6.28[cm2] |
| 15mm | 7.06[cm2] | 9.42[cm2] |
如上所述，将辐照的胶囊功率递送至“光环”。可以如下计算功率密度：
使用肠半径和“光环”长度的值，得到下述辐照的功率密度：
| 总辐照功率 | 40mW | 60mW |
| 环=10mm肠=7.5mm | 8.5[mW/cm2] | 12.7[mW/cm2] |
| 环=10mm肠=10mm | 6.3[mW/cm2] | 9.5[mW/cm2] |
| 环=15mm肠=7.5mm | 5.6[mW/cm2] | 8.5[mW/cm2] |
| 环=15mm肠=10mm | 4.2[mW/cm2] | 6.3[mW/cm2] |
治疗光的能量密度是小肠中的给定点的功率密度和暴露时间的乘积。
当使用所有上述计算值时，得到一个实施例运行情形的能量密度的一个例子：
肠半径-5mm
环长度-10mm
该设置的治疗面积为3.14cm2
总结控制机构的运行原理，下述输入是影响组织的辐照剂量的一些因素：
LED功率-控制机构的输出，通过直接控制LED平均电流或通过调控LED；
蠕动或移行速度-任选地通过胶囊加速度计或类似机构测量移行速度；
假定肠半径为7.5mm（对于小肠）和15mm（对于大肠）；
环长度-在胶囊的设计过程中确定。第一代胶囊的一个实施例实施方案具有10mm环长度；和
需要的剂量(J/cm2)。
控制公式现在可以近似地表示为：
暴露时间=环长度/(肠长度/(肠速度*60*60))； 方程式11
功率密度=剂量/暴露时间； 方程式12
需要的功率=功率密度*(2*π*半径*环长度)； 方程式13
在本发明的某些实施方案中，当医师计划要用于光疗的剂量且已知预期的平均肠速度时，医师任选地应用下面的方程式14，它是上面的方程式11、12和13的结果，且它是给患病区域提供剂量所需的功率的近似值：
需要的功率=剂量*(肠长度/(肠速度*60*60))(2*π*半径)； 方程式14
在本发明的某些实施方案中，上面的需要的功率计算书写为：
需要的功率=C*剂量/肠速度； 方程式15
其中C是使用方程式14的数字和患者的胃肠道的患病部分的半径的预期值计算出的常数。常数C任选地提供为医师和/或医学从业人员的查表，其涉及不同的半径值。
在本发明的某些实施方案中，任选地用C值、剂量值将胶囊程序化，并且所述胶囊任选地感知肠速度，从而使得胶囊能够根据方程式15计算需要的功率。
在本发明的某些实施方案中，将所述胶囊程序化，以通过提供超过最小阈值且低于过量剂量的功率来提供有效剂量。例如，在高肠速度的情况下，供给更多的功率。
当胶囊感知到需要的功率高于阈值时，设定阈值来限制需要的功率为有效量，且没有达到过量剂量，所述胶囊可以被程序化以关闭光源。
在本发明的某些实施方案中，在胶囊已经任选地关闭光源以后，当胶囊感知到沿着胃肠道的移行等于环长度时，并且如果胶囊仍然是在胃肠道的被程序化用于治疗的段内，所述胶囊任选地关闭光源。
提供了本申请中的发明实施方案的描述作为示例，且无意限制本发明的范围。所述的实施方案包括不同的特征，并非在本发明的所有实施方案中需要所有特征。一些实施方案仅利用一些特征或所述特征的可能组合。描述了本发明的实施方案的变体，并且本领域技术人员会明白这样的本发明的实施方案：其包含在所述的实施方案中指出的特征的不同组合。本发明的范围仅由权利要求书限定。
应当指出，并且上面的描述教导了，在某些情况下，胶囊不能给所有患病的胃肠道提供照射治疗。
如上所述，在本发明的某些实施方案中，所述胶囊在它穿过胃肠道的旅程的某个点处开启治疗照射，并且在它穿过胃肠道的旅程的稍后，关闭治疗照射，或可能耗尽功率而不能进行治疗照射。
现在另外参考图20A，它是胃肠道2120的长度的简化简图，和当胶囊中的光源被开启2105和关闭2110时，第一个实施例的对应简图2130。
所述胃肠道简图也描绘了胃肠道2120的患病部分2125。
简图2130指示了何时胶囊的照射被开启(简图2130沿着开启线2105行进)和关闭(简图2130沿着关闭线2110行进)。
在第一个实施例中，图20A描绘了这样的胶囊：其随着它被吞咽而发光，并且在它沿着胃肠道2120的移行的第一部分中发光。
图20A描绘了一种问题情况，其中胃肠道2120的患病部分2125的起点晚于胃肠道2120的起点，且比提供治疗照射的胶囊延伸得更远，不论因为功率的耗尽，还是因为治疗照射应当开启的时间的不适当定时。
现在另外参考图20B，它是胃肠道2120的长度的简化简图，和当胶囊中的光源被开启2105和关闭2110时，第二个实施例的对应简图2135。所述胃肠道简图也描绘了胃肠道2120的患病部分2125。
简图2135指示了何时胶囊的照射被开启(简图2135沿着开启线2105行进)和关闭(简图2135沿着关闭线2110行进)。
在第二个实施例中，图20B描绘了这样的胶囊：其在它被吞咽以后的一些时间才发光，并且在它沿着胃肠道2120的移行的一部分中发光。
图20B描绘了良好设计的治疗的情况，其中沿着胃肠道2120的患病部分2125的全部，从胶囊发射治疗照射。治疗照射的起点基本上是在患病部分2125的起点，且患病部分2125在所述患病部分2125的末端处关闭或丧失功率。通过上面关于光源开启所述的方法（通过环境感知和/或感知位置来设定计时器和/或开始计时器，诸如此类）中的任一种，实现处于开启的治疗照射和胃肠道的患病部分2125的良好重叠。
适合图20B的实施例的一个实施例医学情况可以是，治疗回肠末端区域，而不治疗前面的胃肠道。
现在另外参考图20C，它是胃肠道2120的长度的简化简图，和当胶囊中的光源被开启2105和关闭2110时，第三个实施例的对应简图2141、2142、2143。所述胃肠道简图也描绘了胃肠道2120的患病部分2126。
在第三个实施例中，图20C描绘了一组3个胶囊，其中的每个胶囊在它被吞咽以后的一些时间才发光，并且在它沿着胃肠道2120的移行的一些部分中发光。
简图2141指示何时第一个胶囊的照射被开启(简图2141沿着开启线2105行进)和关闭(简图2141沿着关闭线2110行进)。简图2142指示何时第二个胶囊的照射被开启(简图2142沿着开启线2105行进)和关闭(简图2142沿着关闭线2110行进)。简图2143指示何时第三个胶囊的照射被开启(简图2143沿着开启线2105行进)和关闭(简图2143沿着关闭线2110行进)。
图20C描绘了良好设计的治疗的情况，其中沿着胃肠道2120的患病部分2125的全部，从3个胶囊发射治疗照射。
现在另外参考图20D，它是胃肠道2120的长度的简化简图，和当胶囊中的光源被开启2105和关闭2110时，第四个实施例的对应简图2150。所述胃肠道简图也描绘了胃肠道2120的患病部分2127。
简图2150指示了何时胶囊的照射被开启(简图2150沿着开启线2105行进)和关闭(简图2150沿着关闭线2110行进)。
在第四个实施例中，图20D描绘了这样的胶囊，在它被吞咽以后的一些时间开始，其循环地开启和关闭发光，并且在它沿着胃肠道2120的移行的一部分中发光。
由于几个原因中的任一个，所述胶囊循环地提供治疗照射，其中的一些原因是：
可能需要在某一段处限制治疗照射，从而不会导致过量剂量。如果胶囊的移行较慢，使得提供连续照射会造成过量剂量，所述胶囊任选地循环照射，从而降低每单位长度/单位面积的剂量。
在某些情况下，在沿着胃肠道的几个位置检测到胃肠道疾病的情况下，光源任选地在疾病位置处被开启，且在没有表现出疾病的位置处被关闭。
胶囊可能不具有足以沿着胃肠道的所有患病段持续的功率。一个实施例医学情况可以是治疗克罗恩氏病，其中整个胃肠道受到影响。在本发明的某些实施方案中，在沿着胃肠道的所有有限长度段处提供治疗。在本发明的某些实施方案中，任选地使用LED光强度的调控和/或LED的开启和关闭，通过改变LED的工作循环来影响LED平均输出功率。
预见到，在从本申请成熟为专利的过程中，将会开发出许多有关的能源供应、光源和医学成像系统，并且术语能源供应、光源和医学成像系统的范围意图包括所有这样的推测新技术。
本文中使用的术语”约”表示±10%。
术语“包含”、“包括(includes)”、“具有”及其结合表示“包括、但不限于”。
术语”由……组成”意图表示“包括且限于”。
术语”基本上由……组成”表示组合物、方法或结构可以包括额外的成分、步骤和/或部件，但是只有当所述额外的成分、步骤和/或部件不会实质上改变所要求保护的组合物、方法或结构的基础特征和新颖特征时。
除非上下文另外清楚地指明，否则本文中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数所指。例如，术语“一个单元”或“至少一个单元”可以包括多个单元，包括它们的组合。
词语“实施例”和“示例性的”在本文中用于表示“用作实例、例子或例证”。被描述为“实施例”或“示例性的”的任何实施方案不一定被解释为，相对于其它实施方案而言是优选的或有利的，和/或排除来自其它实施方案的特征的并入。
词语“任选地”在本文中用于表示“在某些实施方案中被提供，且在其它实施方案中未被提供”。本发明的任何特定实施方案可以包括多个“任选的”特征，除非这样的特征相冲突。
贯穿本申请，本发明的多个实施方案可以以范围格式呈现。应理解，以范围格式的描述仅是为了方便和简洁，并不应被解释为对本发明的范围的不可改变的限制。因此，范围的描述应被认为已经明确地公开了全部可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，范围的描述诸如从1至6应被认为已经明确地公开了子范围诸如从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3至6等等，以及该范围内的各个数值，例如，1、2、3、4、5和6。不管范围的宽度，这均适用。
每当在本文中指示数值范围时，意在包括所指示的范围之内的任何引用的数值(分数或整数)。短语在第一指示数值和第二指示数值“之间的范围”以及从第一指示数值“至”第二指示数值的“范围”在本文中可互换地使用，并意图包括第一指示数值和第二指示数值以及在二者之间的所有分数和整数。
本文中使用的术语“方法”表示完成给定任务的方式、手段、技术和操作，包括、但不限于：化学、药理学、生物学、生物化学和医学领域的从业人员已知的那些方式、手段、技术和操作，或者易于从已知的方式、手段、技术和操作开发出来的那些方式、手段、技术和操作。
本文中使用的术语“治疗”包括废除、实质上抑制、减慢或逆转病症的进展，实质上改善病症的临床或美学征状，或者实质上预防病症的临床或美学征状的出现。
应当理解，为了清楚而在单独的实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征还可被组合提供在单个实施方案中。相反，为了简洁而在单个实施方案的上下文中描述的本发明的多种特征还可单独地或以任何适当子组合或在适当时被提供在本发明的任何其它描述的实施方案中。在多个实施方案的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施方案的必需特征，除非该实施方案在没有这些要素时是不起作用的。
如上文所描绘的以及如以下权利要求部分所要求保护的本发明的多个实施方案和方面在以下实施例中得到实验支持。
为了例证目的，且为了更具体地解释和描述本发明，提供下述实施例。但是，本发明不限于在这些实施例中公开的特定实施方案。
实施例
现在参考下述实施例，它们与上面的描述一起以非限制性方式举例说明了本发明的一些实施方案。
实施例1：本发明的一个实施例光疗胶囊
物理尺寸-长度27mm
外部直径11mm
外壳是透明的，且由聚碳酸酯、聚苯乙烯和K-树脂的混合物制成，具有0.4mm的壁厚度，并使用技术人员众所周知的常规模塑技术制造。
在胶囊内包含的动力源是小圆柱形电池（例如GP1015L08），其具有15mm的长度和10mm的直径。
所述胶囊包括2个电子印刷电路板，其中的第一个是DC至DC增强转换器(Texas Instrument的TPS61041)，其用于驱动在胶囊中使用的LED和控制微处理器(MicroChip的PIC12F1822-I/MF)，后者控制胶囊的激活和运行。
第二个电路以环形布置容纳光疗LED，使得由所述LED产生的光向外径向透射。
所述LED是由L.C LED供给的UT-692UR，并提供以660nm为中心的光。
作为胶囊壳的一部分，在LED的上面是光束成形光学器件，其将LED辐照的能量重新成形为围绕胶囊的均匀“环”形光束。所述光学器件被并入胶囊的透明壳中，且被设计为包围LED区域的“环”。所述光学器件被设计成将光束集中在胶囊的纵向轴线上，同时不影响径向轴线光束。所述胶囊还包含与上述控制微处理器连接的小加速度计(由Analog Devices制造的ADXL337)。
实施例2：管腔内光疗在鼠结肠炎模型中的作用
简介：
使用硫酸葡聚糖钠(DSS)诱导的小鼠结肠炎模型，证实使用管腔内光疗治疗胃肠道的炎症性损伤所得到的积极治疗效果。根据慢性和急性DSS诱导的结肠炎的标准方案，通过向它们的饮用水中加入DSS，在C57BL/6小鼠中诱导结肠炎[Wirtz等人,2007,Nature Protocols第2卷第541-546页]。使用Storz微型内窥镜系统进行光疗治疗，所述系统配有在440±40nm(蓝)、660±50nm(红)和850±50nm(近红外[NIR])发射的管腔内光源。使用下述标准集合，通过内窥镜评估诱导的结肠炎的严重程度：
实验设计：在44只小鼠中诱导急性DSS结肠炎，然后根据下表所示的方案，将它们分配给4个治疗组(每个治疗组含有11只小鼠)之一：2个治疗组(A和B)、假治疗(不使用光)和对照：
在治疗阶段(组A、B和假治疗)中，将结肠镜插入结肠中远至脾曲，然后逐渐拉出以模拟摄入的胶囊装置的移动。下表呈现了在3个不同的时间点(从研究的第0天测量)评估的疾病严重程度的结果：第9天、第13天和第19天：
当将治疗组A和B的结果放在一起时，在3个时间点中的每一个处，光疗治疗的动物的疾病严重程度相对于假治疗组的减少是统计上显著的。
该研究的结果证实，管腔内光疗可有效地显著减少小鼠的结肠炎的严重程度。
尽管已结合其具体实施方案描述了本发明，但是显而易见，本领域技术人员会明白许多替代方案、修改和变化。因此，意图包括落入所附权利要求的精神和宽范围之内的所有这样的替代方案、修改和变化。
在本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请在本文中通过引用以其整体并入说明书中，达到如同以下的相同的程度：明确地且单独地指出每篇单独的出版物、专利或专利申请通过引用并入本文。另外，在本申请中对任何参考文献的引述或鉴定不应解释为承认这样的参考文献可作为本发明的现有技术。就使用的段落标题而言，它们不应解释为必然限制性的。
Claims (25)
1.一种用于给患者的胃肠(GI)道提供光疗的可吞咽胶囊，所述胶囊包括：
电源；
一个或多个光疗光源；
速度确定单元，其用于计算所述胶囊在所述胃肠道中的移行速度；和
控制器单元，其用于激活所述一个或多个光源中的一个或多个，以至少部分地基于确定的速度来给胃肠道中的靶部位递送治疗照射剂量。
2.根据权利要求1所述的胶囊，其中，如果所述速度确定单元确定基本上为0的胶囊速度，则所述控制器单元被构造成使所述控制器单元关闭光源。
3.根据权利要求1所述的胶囊，其中所述胶囊控制所述一个或多个光疗光源，以便给所述胃肠道中的靶部位提供有效剂量。
4.根据权利要求3所述的胶囊，其中至少部分地基于胶囊在所述胃肠道中的移行速度来计算有效剂量。
5.根据权利要求3所述的胶囊，其中至少部分地基于测量胶囊在所述胃肠道中的移行速度的胶囊，所述胶囊控制一个或多个光疗光源。
6.根据权利要求3所述的胶囊，其中至少部分地基于测量胶囊在所述胃肠道中的移行速度的胶囊，所述胶囊调节光源的强度。
7.根据权利要求1所述的胶囊，其中所述光源基本上大部分以选自400-480nm、610-750nm和800-950nm的范围内的一个或多个波长发射光。
8.根据权利要求1所述的胶囊，其中所述光源发射的光的波长集中在选自440nm、660nm和850nm的一个或多个波长。
9.一种用于给患者的胃肠(GI)道提供光疗的可吞咽胶囊，所述胶囊包括：
电源；
一个或多个光疗光源；和
控制器单元，其用于激活所述一个或多个光源中的一个或多个，以至少部分地基于胶囊在所述胃肠道的靶部位处的预期移行速度来给所述胃肠道中的靶部位递送治疗照射剂量。
10.一种进行胃肠(GI)道的管腔内光疗的方法，所述方法包括：
吞咽胶囊，所述胶囊包括：
一个或多个光疗光源，所述一个或多个光疗光源能够以适合提供光疗作用的波长、剂量和强度发射光；和
速度确定单元，所述速度确定单元用于计算胶囊在所述胃肠道中的移行速度，和
当所述胶囊在所述胃肠(GI)道中的一个或多个靶部位附近时，控制所述光源的激活，从而给所述胃肠道中的靶部位提供有效剂量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述有效剂量是在0.25-0.5焦耳/cm2的范围内。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述控制包括根据下式控制施用于胃肠道的需要的功率：
需要的功率=C*剂量/肠速度;
其中：
C是在控制器中程序化的常数；
剂量是在控制器中程序化的常数；且
肠速度是胶囊在胃肠道中的速度，
且其中将光源开启和关闭，以便给胃肠道中的靶部位提供大约需要的功率。
13.根据权利要求10所述的方法，其中当胶囊计算出的胶囊速度指示胶囊已经基本上停止时，关闭所述光源。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述光源基本上大部分以选自400-480nm、610-750nm和800-950nm范围内的一个或多个波长发射光。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述光源发射的光的波长集中在选自440nm、660nm和850nm的一个或多个波长。
16.根据权利要求10所述的方法，其中将胃肠(GI)道的管腔内光疗以选自下述的计划施用：每隔一天，每周3次，和从每天1次至每周1次。
17.根据权利要求10所述的方法，其中将胃肠(GI)道的管腔内光疗施用多次。
18.根据权利要求10所述的方法，其中将胃肠(GI)道的管腔内光疗施用3次或更多次。
19.根据权利要求10所述的方法，其中使用所述方法来治疗选自克罗恩氏病、溃疡性结肠炎和不确定性结肠炎的炎性肠病。
20.根据权利要求10所述的方法，其中使用所述方法来促进肠粘膜和粘膜下组织的愈合。
21.一种治疗胃肠道损伤的方法，所述方法包括：
吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长是在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内；和
当胶囊是在胃肠(GI)道损伤附近时，控制所述光源的激活。
22.一种治疗胃肠道损伤的方法，所述方法包括：
吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长由在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内的一个或多个波长组成；和
当胶囊是在胃肠(GI)道损伤附近时，控制所述光源的激活。
23.一种进行胃肠(GI)道的管腔内光疗的方法，所述方法包括：
医学从业人员定位胃肠道的患病部分；
将胶囊施用给患者进行吞咽，所述胶囊包括：
一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够以适合提供光疗作用的波长、剂量和强度发射光；和
控制器，其能够基于从外部单元接受的信号而激活光源；
所述医学从业人员检测何时胶囊在胃肠道的患病部分附近；并且
当胶囊在胃肠道的患病部分附近时，所述医学从业人员给所述控制器提供信号。
24.一种给胃提供光疗的方法，所述方法包括：
吞咽胶囊，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内；和
当胶囊在胃中时，激活所述光源。
25.一种给结肠提供光疗的方法，所述方法包括：
将胶囊插入结肠中，所述胶囊包括一个或多个光疗光源，所述光疗光源能够发射光，所述光的波长在选自400-480nm、610-720nm和800-950nm的范围内；和
当胶囊在结肠中时，激活所述光源。
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