CN107920727B - 体内装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种振动胶囊。所述振动胶囊包括运动生成单元、运动控制单元、无线通信单元和供电单元（4）。运动控制单元向运动生成单元发送指令，使其以可配置的频率和占空比生成运动。供电单元（4）通过运动控制单元向运动生成单元供电，并确定振动胶囊的工作时间和休眠时间。所述振动胶囊还包括胶囊运动检测单元，该胶囊运动检测单元至少包括一个传感器，并向无线通信单元发送信息。

Description

体内装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及振动参数与医疗应用相关的振动装置之间的关联，尤其涉及一种在体内的振动胶囊及其控制方法。

背景技术

随着超重或便秘患者日益增多，人们常使用一种可以通便的医疗装置来减肥或避免便秘。现有的治疗便秘或减肥的方法主要是依靠于导泻药物来作用，或通过体外的腹部按摩装置来作用。然而长期使用导泻药物，容易对药物产生依赖性，并导致人体脱水等副作用。体外的腹部按摩装置的按摩作用也会因人体腹部所堆积的脂肪而使振动受到衰减，影响按摩效果。因此，需要提供一种能够安全有效地与人类结肠壁相互作用、缓解结肠痉挛、提升结肠动力、治疗便秘、增强患者健康状况的体内医疗装置。

通过作用于人体结肠壁，振动胶囊可以缓解结肠痉挛及提升结肠动力，达到治疗便秘、促进排便及美容养颜的效果。通过作用于人体小肠壁，振动胶囊可以促进小肠蠕动及减少小肠对食物的吸收，达到减肥的效果。对于因部分小肠蠕动而引发的假性肠梗阻，可以通过刺激对应的小肠段来进行治疗。

发明内容

本发明公开一种应用于体内的振动胶囊及其控制方法。

本发明的一个目的在于，提供一种可以改善患者整个消化道健康状况并可减轻患者体重的振动胶囊。

本发明的另一个目的在于，所述振动胶囊使用方便，以便振动胶囊在消化道中时，患者可以自由操作振动胶囊。

本发明的又一个目的在于，所述振动胶囊可以在不造成任何不适的情况下，帮助患者获得最佳的临床效果。

本发明的再一个目的在于，所述振动胶囊具有较长的保存期限和供用户使用的工作时间。

为实现上述目的，提供一种振动胶囊，该振动胶囊包括运动生成单元、运动控制单元、无线通信单元和供电单元。所述运动控制单元发送操作指令至运动生成单元，使运动生成单元在可配置的频率和占空比生成运动。所述供电单元通过运动控制单元向运动生成单元供电，并决定振动胶囊的工作时间和休眠时间。所述振动胶囊还包括胶囊运动检测单元，该胶囊运动检测单元包括至少一个传感器，并向无线通信单元发送信息。

作为本发明的进一步改进，所述传感器可以为加速度传感器（重力传感器）、压力传感器、温度传感器、磁场传感器、或陀螺仪传感器。

作为本发明的进一步改进，所述供电单元可以为锂电池、氧化银电池、可充电电池、及/或无线充电装置。

作为本发明的进一步改进，所述无线通信单元的通信方法可以为射频通信法、交流-磁场交互法、及/或经人体接触电极法。

作为本发明的进一步改进，所述运动生成单元可以为纽扣式偏心轮电机、线性偏心轮电机、或磁性偏心轮模块。所述运动生成单元可以是单个电机，也可以是上述多个电机的组合。每个电机均可沿胶囊轴线、远离胶囊轴线、与轴线成倾斜角或以任意组合方式进行设置。所述振动胶囊还可配置变速箱，以提高或降低转速以及电机到转子的转矩转换。

作为本发明的进一步改进，所述振动胶囊还包括胶囊位置检测单元，用于确定胶囊的当前位置。所述胶囊位置检测单元包括消化道位置检测模块和胶囊排出指示模块。所述消化道位置检测模块利用延时计算法、PH值测量法、小磁体示踪法、射频定位法、或酶触发法进行检测。所述胶囊排出指示模块采用无线通信法、温度感测法、或磁性检测法进行检测。

作为本发明的进一步改进，所述振动胶囊还包括胶囊开/关模块。所述胶囊开/关模块可以为磁控干簧管、光敏照射开关、交流磁场感应开关、射频感应开关、或温度感应开关。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施例作详细说明:

图1是本发明一实施方式中振动胶囊的结构示意图；

图2是本发明一实施方式中振动胶囊的功能部件的示意图；

图3是本发明一实施方式中振动胶囊的运动控制单元和运动生成单元的示意图；

图4是本发明一实施方式中具有电源管理单元的振动胶囊的功能部件的示意图；

图5是本发明一实施方式中具有胶囊位置检测单元的振动胶囊的功能部件的示意图；

图6是本发明一实施方式中振动胶囊的工作周期和占空比的示意图；

图7是本发明一实施方式中振动胶囊的PCB板的结构部件的示意图；

图8是本发明一实施方式中振动胶囊的胶囊位置检测单元的结构部件的示意图；

图9是本发明一实施例中指令从无线通信单元发送至运动生成单元的示意图；

图10是本发明一实施例中未经处理的数据从胶囊位置检测单元、运动检测单元和无线通信单元发送至外部设备，并发送至运动生成单元的示意图；

图11和图12是本发明中振动胶囊的方法流程示意图；

图13是本发明一实施例中控制电路的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图的各实施方式对振动胶囊及其控制方法进行详细描述，所述振动胶囊包括放置于目标位置的第一运动生成装置及第二运动生成装置。为了简单起见，在生物医疗应用的背景下，对所述振动胶囊进行描述；也就是说，所述目标位置位于患者体内，例如在消化道内。为了简单起见，本发明所述的医疗装置是一种体内装置。该医疗装置采用吞入消化道的非侵入式递送方法。在本发明中，所述医疗装置称为胶囊，该胶囊不受形状、尺寸或大小的限制。在包括原位运动生成装置、可控制运动生成装置的控制模块、及与控制模块通信的无线通信模块，本发明所述的振动胶囊及其使用方法即可实施于其他应用领域。

本领域的技术人员可以理解，以下的实施方式是出于示范目的，并不限制本发明。根据下述实施方式所做出的结构或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如下对所述振动胶囊的结构和使用方法做出详细描述。附图中的元件符号包括：

1 转子

2 电机

3 第二绝缘支撑构件

4 供电单元

5 第一绝缘支撑构件

6 PCB板

7 干簧管

8 胶囊外壳后端

9 射频天线

10 电机支架

11 胶囊外壳前端

21 振动电机

24 磁控干簧管

201第一电池

202 第二电池

231 处理器

232 射频收发器模块

233 场效应晶体管

234 射频天线

300 磁性底座

一种振动胶囊系统，包括置于体内的振动胶囊和具有用户界面的外部操作系统。在一种实施方式中，所述振动胶囊置于患者消化道内，所述外部操作系统置于患者体外。在一个实施例中，外部操作系统运行于一外部设备中，该外部设备可为智能手机等便携式设备。在一种实施方式中，振动胶囊包括运动生成单元和运动控制单元、以及无线通信模块，所述无线通信模块可以通过无线通信网络与外部操作系统通信。

在本发明中，所述振动胶囊（以下简称为“胶囊”）包括胶囊功能组件和胶囊结构组件。所述胶囊功能组件包括运动生成单元、运动控制单元、无线通信单元、胶囊运动检测单元、胶囊位置检测单元、供电单元和电源管理单元。所述电源管理单元还包括胶囊开/关模块。所述胶囊结构组件包括胶囊外壳和功能部件支撑结构。

本发明的第一方面，所述振动胶囊包括一个外壳，该外壳由耐冲击材料制成，以保证振动胶囊在振动情况下不会损坏外壳。所述外壳也由通过安全标准的生物兼容性材料制成，例如，医药级的聚碳酸酯用作外壳材料。在图1中，元件8表示胶囊外壳前端，元件11表示胶囊外壳后端。

在本实施方式中，所述胶囊可以具有任何形状和几何结构。所述胶囊外壳包括但不限于菱形、椭圆形、细长形、马眼形、哑铃形等形状。在一个实施例中，如图1所示，所述胶囊为细长形状，且两端为半球状。参照图1所示，所述胶囊外壳包括前端和后端。在本发明中，胶囊外壳具有沿胶囊长度设置的轴线。所述供电单元、运动控制单元和运动生成单元均沿着所述轴线设置。

在本实施方式中，在可置于患者体内的前提下，所述胶囊可以具有任何尺寸或大小。例如，胶囊以非侵入性的方式，如吞服，送入患者的消化道内，所述患者可为人类、或动物。在其他实施方式中，所述胶囊也可运行于体外的消化道模型中，以用于获取相应的振动反馈效果。参照图1所示，胶囊具有从前端到后端的长度。在一个实施例中，胶囊的长度为27.6毫米。仍然参照图1，胶囊具有两个半球状的端部。该半球状端部的直径即为胶囊本体的直径。在一个实施例中，胶囊的直径约为11.8毫米。

在本实施方式中，在移动或振动时不会造成患者明显不适的前提下，所述胶囊可以具有任何重量。该重量分布在胶囊轴线周围。如图1所示，所述供电单元、运动控制单元和运动生成单元均沿着胶囊轴线设置。在一个实施例中，胶囊的重量小于6克。在另一个实施例中，胶囊的重量小于5克。在另一个实施例中，胶囊的重量小于4.5克。此外，所述振动胶囊既可以搅动也可以振动，以对消化道壁进行按摩，从而达到改善体内消化情况的目的。所述振动胶囊的重量与按摩效果成比例。在一个实施例中，胶囊重量大于2克。在另一个实施例中，胶囊重量不足3克。在另一个实施例中，胶囊重量小于4克。在另一个实施例中，胶囊重量大于4.5克。

在本发明的第二个方面，所述振动胶囊包括运动生成单元和运动控制单元。所述运动生成单元提供胶囊振动的原位动力。该运动生成单元可以为纽扣式偏心轮电机、线性偏心轮电机、或磁性偏心轮模块。该运动生成单元可以为上述的单个电机，也可以为上述多个电机的组合。每个电机均可沿胶囊轴线、远离胶囊轴线、与轴线成倾斜角或任意组合方式进行设置。在一个实施例中，当胶囊振动时，振动方向与胶囊轴线垂直。在另一个实施例中，当胶囊振动时，振动方向与胶囊轴线既不平行也不垂直，而是成0-90°的夹角。参照图1所示，胶囊的轴线按从头部至端部的长度方向设置。如果胶囊采用如图1所示的方向，则振动方向与轴线垂直意味着胶囊沿上下方向振动。在一些实施例中，胶囊配置变速箱来提高或降低转速以及电机到转子的扭矩转换。

在一种实施方式中，所述运动生成单元包括第一运动生成器和第二运动生成器。在一种实施例中，所述第一运动生成器是电机，第二运动生成器是转子。如图1所示，元件2是电机，元件1是转子。电机提供受迫振动至振动胶囊。参照图2所示，所述运动生成单元能够从其他内部元件或外部元件获取控制信号，生成可操作的运动控制指令并将该运动控制指令发送至运动生成单元。所述运动控制指令包括但不限于周期性的稳态振动、瞬态振动或随机振动，以生成谐波振动或非谐波振动。所述振动胶囊的振动具有工作时间和休眠时间交替的可控协议，由供电单元控制或供电单元与电源管理单元一起控制。所述振动胶囊的振动具有可由运动控制单元控制的可调频率及/或占空比。所述运动生成单元可以生成频率为1-20Hz，占空比在0.01至0.9可调的振动。

通过调整活动（开）状态和非活动（关）状态的相对比例，来调整振动等级或强度。例如，在强或高振动级的情况下，频率为15至20Hz。在一个实施例中，一个工作周期内，胶囊处于“开”状态和处于“关”状态的比例为1:1至1:2。在弱或低振动级的情况下，频率为4至6Hz。在一个实施例中，一个工作周期内，胶囊处于“开”状态和处于“关”状态的比例为1:3至1:5。

所述运动控制单元向运动生成单元发送可操作运动指令。在一种实施方式中，所述运动控制单元直接改变特定参数，该特定参数可为电机转速、频率（参考图6）、占空比、工作周期或每个工作周期内胶囊工作时间和休眠时间的比例等参数。在另一实施方式中，胶囊运动控制单元不改变特定参数，而是改变振动级以及振动方向，每个振动级对应一组预设参数，包括电机转速、频率（参考图6）、占空比、工作周期或每个工作周期内胶囊工作时间和休眠时间的比例等。在不同的振动级之间，对应至少一种不同的参数。不同的振动级可以递增或递减。所述振动胶囊的振动级可以是连续的，也可以是不连续的。在一种实施方式中，所述运动控制单元至少可以在第一和第二阈值之间调整振动级，该第一阈值为患者感到舒适的最大振动级，该第二阈值为在没有任何副作用的情况下确保同一患者可以忍受的最大振动级。此外，所述运动控制单元可连续地将振动从非活动状态调整到活动状态、或在不连续的中间振动级上将振动从非活动状态调整到活动状态，可从胶囊开启时或从休眠状态切换为工作状态时进行上述调整。

所述振动胶囊的振动强度具有一个定制值，该定制值在胶囊出厂时预设。每个振动胶囊可以定制为不同的振动强度。在一种实施方式中，所述振动电机为一个偏心轮电机。在一种实施方式中，转子（元件1）可以由磁性元件制成，以便磁性跟踪可以用作一种胶囊位置检测方法。在另一实施方式中，振动电机的转速可以是100转/分钟至10000转/分钟。

在本发明的第三个方面，参照图2所示，所述振动胶囊包括供电单元。在一种实施方式中，所述运动控制单元与供电单元电性连接。所述供电单元可以为锂电池、氧化银电池、可充电电池、及/或无线充电装置。所述供电单元向所有元件供电，包括无线通信单元、运动控制单元、及胶囊运动检测单元。此外，所述供电单元还可以连接到一个电源管理单元，以优化对所有元件的供电、节约电能、及延长振动胶囊的使用时间。如图1所示，元件4为电池，该电池为供电单元。在一个实施例中，印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）上配置有电源管理单元，该电源管理单元用于连接供电单元和运动控制单元。

在一种实施方式中，所述供电单元通过电源管理单元向振动胶囊中的所有功能部件供电。在一种实施例中，所述电源管理单元包括胶囊开/关模块，该胶囊开/关模块根据时间协议调整胶囊处于工作时间或休眠时间。例如，参照图6所示，所述电源管理单元包括一个定时元件，所述振动胶囊具有交替的活动状态和非活动状态。

在本发明的第四个方面，所述振动胶囊包括无线通信单元。所述无线通信单元的通信方法包括：射频通信法、交流-磁场交互法、及/或经人体接触电极法。在一种实施方式中，参照图1所示，所述无线通信单元包括射频（Radio Frequency，RF）天线、RF收发器模块和PCB单元。通过无线通信单元，振动胶囊可以与蓝牙设备建立连接，所述蓝牙设备与外部设备进行通信，该外部设备可以为智能手机、网络数据中心或云服务器中心等。所述RF收发器模块的通信频率可以是433MHz或2.4GHz。

在一种实施方式中，所述无线通信模块接收来自胶囊运动检测单元的数据并将该数据发送至外部设备，所述外部设备对数据进行分析，并返回指令至无线通信单元。所述无线通信单元将从外部设备接收到的指令转变成运动控制单元可接收的数据。在一种实施方式中，从所述胶囊运动检测单元接收到的数据经计算和分析后再发送至外部设备。所述外部设备还包括用户界面，该用户界面可供患者查看胶囊基本特性、及手动输入或调整振动级。所述胶囊基本特性包括胶囊序列号、当前振动频率、占空比、工作时间、停止休眠、生产日期、胶囊上电时间等信息。

在另一实施方式中，所述无线通信模块还从胶囊位置检测单元接收信息，所述胶囊位置检测单元收集数据，以确定振动胶囊在消化道中的当前位置。在一个实施例中，该当前位置的数据通过无线通信单元发送至外部设备。在另一实施例中，所述当前位置的数据经处理器分析，或与存储器存储的先前数据进行对比，再发送至外部设备。所述外部设备接收到数据后，将再次向无线通信单元发送指向运动控制单元的指令。通过无线通信单元在运动控制单元和外部设备之间建立的即时通信可以将胶囊的振动调节到不同振动级。

在一种实施方式中，所述外部设备可以为智能手机，该智能手机连接到具有数据中心或云服务中心的网络。所述外部设备也可为一种用户定制化装置，该定制化装置可以从无线通信单元获取多个特定的胶囊标识信息。该胶囊标识信息包括出厂数据、适用振动强度、振动级、重量和尺寸等。所述外部设备也可以获取用户特定信息、及/或消化道位置特定信息，例如过去/之前的耐受水平数据、以及用于类似用户场景、用于类似的患者统计组、或用于疾病症状类似阶段治疗的相关统计或平均数据。

在本发明的第四个方面，所述振动胶囊还包括胶囊运动检测单元。在一种实施方式中，所述胶囊运动检测单元作用于患者的消化道，以感测消化道中高、低振动级之间的差异，并提供反馈以增加或降低振动级。在该实施方式中，一旦振动胶囊被启动，则可对预期振动级进行定性调节。患者之前的振动级阈值可以被储存并在胶囊每次启动时被获取。实时反馈用于调节目标振动级，该目标振动级通过用户界面进行定性调节。

然而，出于安全和治疗目的，最好以科学和定量的方式，对处于开启状态下的振动胶囊的实际振动级进行及时检测和监控。

所述胶囊运动检测单元用于监控和测量振动胶囊的实际振动级并向患者提供反馈，以便患者或用户可以使用外部设备来实时调节和优化振动值。藉此，即使胶囊不是定制的，但振动级可因人而异或符合不同患者的个人需求。此外，即使对于同一名患者，也可以在不同时间，或不同消化道位置，或出于不同目的对胶囊的振动级做出相应的调整。例如，胶囊振动级在开始时微弱，并随着治疗以一种系统化的方式从早期进入后期而逐渐增加。

所述胶囊运动检测单元采用的是基本原理为：当胶囊振动时，在不同部位生成的振动相关参数不同。当胶囊振动时，胶囊的不同部位与消化道壁相互作用不同，导致胶囊的不同部位接收到不同的加速度、压力、温度及地磁场。实时检测胶囊不同部位的至少一种上述参数，并通过无线通信单元实时向患者提供有用且可靠的胶囊振动情况。

所述振动胶囊至少一个部位配置有传感器，用以检测振动相关参数。所述传感器可以是加速度传感器（重力传感器）、压力传感器、温度传感器、磁场传感器、及陀螺仪传感器，或是上述传感器的组合。所述振动胶囊的外部可以配置一个或多个传感器。在一个实施例中，传感器的安装位置临近转子。在另一个实施例中，传感器的安装位置临近电机。在另一个实施例中，振动胶囊配置有两个传感器，分别安装在胶囊的两个端部，该种安装方式是由于在胶囊的两端振动参数的差异最大。

所述传感器用于检测和监控所述运动生成单元的振动。在一个实施例中，振动胶囊启动，则传感器自动开启。在另一个实施例中，传感器在接收到从外部设备的用户界面发送来的指令时开启，以对振动进行监控。在另一个实施例中，传感器在到达特定位置时开启，该位置信息由胶囊位置检测单元收集和分析。在另一个实施例中，传感器在振动胶囊启动后的特定时间s开启。例如，振动胶囊在吞入后即启动，加速传感器在特定时间s后胶囊预计到达目的位置时开启。所述胶囊运动检测单元的开启和关闭由电源管理模块控制。

在传感器收集振动相关参数后，该参数作为原始数据发送至外部设备，并等待进一步的指令。或者，振动相关参数的原始数据在发送至外部设备之前进行初步或全面的处理或操作。第一实施方式中，在第一持续时间段内收集振动相关参数，以形成第一数据组，并计算该第一数据组的平均值，以用于表示该第一持续时间段内的当前振动数据。随后，所述无线通信单元将该第一持续时间段内的当前振动数据发送至外部设备。第二实施方式中，在第二持续时间段内收集振动相关参数，以形成第二数据组，并计算该第二数据组的中值，以用于表示第二持续时间段内的当前振动数据。随后，所述无线通信单元将该第二持续时间段内的当前振动数据发送至外部设备。第三实施方式中，在第三持续时间段内收集振动相关参数，以形成第三数据组，并计算该第三数据组的最大值，以用于表示第三持续时间段内的当前振动数据。随后，无线通信单元将所述第三持续时间段内的当前振动数据发送至外部设备。根据外部设备接收到的当前振动数据，所述外部设备将发送指令来增加、降低或保持振动级。

在本发明中，所述胶囊的振动级通过一组参数来确定，所述参数包括电机转速、频率（参照图6所示），占空比、每个工作周期内工作时间和休眠时间的比值。上述任何一个参数发生变化均会对胶囊的振动级产生影响。

在本发明第四方面的第一实施方式中，所述传感器是加速度传感器。所述加速度传感器用于检测和监控运动生成单元的振动。将加速度传感器检测的信息通过收集和分析以用于调节胶囊的振动。所述加速度传感器可测出振动胶囊的正确加速度（“重力”）。

在一个实施例中，所述胶囊具有呈圆柱状的本体部以及连接于本体部两端的半球状部，如图1所示。胶囊的两端分别安装有一个加速传感器。当胶囊振动时，两个加速传感器分别检测胶囊前端和后端的加速度数据。在加速度传感器收集胶囊两端的加速度数据后，且在计算得到该加速度数据的平均值后，无线通信单元将该平均值发送至外部设备，并等待下一步的指令。

在本发明第四方面的第二实施方式中，所述传感器为压力传感器。当胶囊振动时，胶囊的不同部位接收到的来自消化道的压力不同，监控胶囊内部的压力变化可以提供有关振动级的定量反馈。

在一个实施例中，所述胶囊具有呈圆柱状的本体部以及连接于本体部两端的半球状部，如图1所示。胶囊的两端分别安装有一个压力传感器。当胶囊振动时，两个压力传感器分别检测胶囊前端和后端的压力数据。在压力传感器收集胶囊两端的压力数据后，计算该两组压力数据分别所对应的压力值，且在计算得到该压力值的较大值后，无线通信单元将该较大值发送至外部设备，并等待下一步的指令。

在本发明第四方面的第三实施方式中，所述传感器为温度传感器。当胶囊振动时，胶囊的某些部位与患者的消化道壁接触而其他部位不与消化道接触，导致在振动过程中不同温度的产生。因此，监控胶囊内部的温度变化可以提供有关振动级的定量反馈。

在一个实施例中，所述胶囊具有呈圆柱状的本体部以及连接于本体部两端的半球状部，如图1所示。胶囊的两端分别安装有一个温度传感器。当胶囊振动时，两个温度传感器分别检测胶囊前端和后端的温度数据。在温度传感器收集胶囊两端的温度数据后，计算该两组温度数据分别所对应的温度值，且在计算该温度值的较大值后，无线通信单元将该较大值发送至外部设备，并等待下一步的指令。

在本发明第四方面的第四实施方式中，所述传感器为磁场传感器。当胶囊振动时，胶囊的不同部位可能与地磁场的相互作用不同，监控胶囊内部的磁场变化可以提供有关振动级的定量反馈。

在一个实施例中，所述胶囊内部具有磁场传感器。所述磁场传感器安装于胶囊外壳中临近电机的位置。当胶囊振动时，磁场传感器检测胶囊受地磁影响的磁场数据。在磁场传感器收集磁场数据后，无线通信单元将该磁场数据发送至外部设备，并等待下一步的指令。

在本发明第四方面的第五实施方式中，所述传感器为陀螺仪传感器传感器。当胶囊振动时，胶囊的不同部位接收到施加在胶囊上的不同角速度，监控胶囊的角速度变化可以提供有关振动级的定量反馈。

在一个实施例中，所述胶囊内部具有陀螺仪传感器。陀螺仪传感器安装于胶囊外壳中靠近电机的位置。在陀螺仪传感器收集数据后，无线通信单元将该数据发送到外部设备，并等待下一步的指令。

该一个或多个传感器有助于为每位患者确定最佳的振动频率、占空比和休眠时间。根据外部设备接收的数据，一个关于振动频率、占空比和休眠时间的数据库可被建立，并将该数据库与振动级的识别相联系。

当振动级精确反馈至外部设备后，该外部设备即可跟踪振动级的信息以及相应的环境信息，并将该信息存储至外部设备的存储器中。每次当胶囊从休眠状态恢复或重新启动时，之前的振动级可以容易地从存储器中获取。

在胶囊进入患者体内之前，可对用于检测和监测运动生成单元振动情况的传感器进行校准。在一个实施例中，每个振动胶囊存储有一预设振动级，该振动级的参数包括电机转速、频率和工作周期。在胶囊进入患者体内之前，执行预设运行方式和传感器检测。在胶囊预设运行方式期间，胶囊执行校准协议，该校准协议还包括确认传感器对应的噪音级。

在本发明的第五个方面，所述振动胶囊还包括胶囊位置检测单元。该胶囊位置检测单元包括消化道位置检测模块和胶囊排出指示模块。所述消化道位置检测模块检测振动胶囊在消化道中的当前位置信息。在一实施方式中，该当前位置信息通过无线通信单元发送至外部设备。在另一实施方式中，所述当前位置信息发送至电源管理单元，以决定是否应该将开启或关闭信息发送至运动控制单元。用于检测振动胶囊当前位置的方法包括但不限于，延时计算法、PH测量法、小磁体示踪法、射频定位法、及酶触发法。所述胶囊排出指示模块的检测方法包括无线通信法、温度感测法、及磁性检测法。

在本发明第五方面的第一实施方式中，所述消化道位置检测模块采用延时计算法来确定振动胶囊的当前位置，该消化道位置检测模块包括定时器及数据收发单元。所述延时计算法包括一个时间协议，以根据时间值来预测振动胶囊是否到达结肠。在一个实施例中，所述时间值是一个预设值，通过将胶囊在患者消化道内行进的时间与预设值相比，可以确定胶囊是否到达结肠。上述预定值可以为与该患者类似的特定群体的平均数据。该预定值也可以为该患者之前接受振动胶囊治疗过程所获数据。

在本发明第五方面的第二实施方式中，所述消化道位置检测模块采用PH测量法来检测胶囊的当前位置，该消化道位置检测模块包括PH传感器。结肠附近区域的PH值约为7.8。所述PH传感器可以准确检测PH值的范围为2-12。在一个实施例中，所述PH传感器可以检测PH值的范围为4-8。在另一个实施例中，所述PH传感器可以检测出PH值是否在7.6-8之间。

在本发明第五方面的第三实施方式中，所述消化道位置检测模块采用磁场示踪法来检测胶囊的当前位置，该消化道位置检测模块包括磁偶极子元件。该磁偶极子元件的磁偶极矩为0.1Acm^-2 - 1Acm^-2，重量为0.5g-5g。根据磁偶极子的运动，对振动胶囊的路径进行跟踪并绘制成图。根据所绘跟踪图，可以确定振动胶囊的当前位置。

在本发明第五方面的第四实施方式中，所述消化道位置检测模块采用体表磁场检测法、射频（Radio Freqency，RF）检测法、或超声传感检测法来检测胶囊的当前位置，该消化道位置检测模块包括置于患者回盲瓣附近的外部感测装置，该外部感测装置根据所使用的检测法来确定。如此，一旦振动胶囊进入结肠，该外部感测装置即可检测到信号。

在本发明第五方面的第五实施方式中，所述消化道位置检测模块采用酶触发法来检测胶囊的当前位置，该消化道位置检测模块包括置于振动胶囊外部的酶传感器。该酶传感器专门用以检测结肠酶是否存在。若存在结肠酶，则所述酶传感器发送信号至外部设备或电源管理单元。

本发明的另一个方面，所述消化道位置检测模块采用多个磁场、射频或超声传感器混合的定位方法来检测胶囊的当前位置，该消化道位置检测模块包括沿着患者肠道延伸方向置于患者身体上的多个磁场、射频或超声传感器。当振动胶囊在结肠内移动时，离振动胶囊最近的传感器将检测到一个最强的信号，以此来检测振动胶囊沿着结肠运动的位置。

在本发明第五方面的第六实施方式中，所述胶囊排出指示模块采用无线通信方法来检测胶囊是否排出，该胶囊排出指示模块为无线通信单元的一部分。在一个实施例中，胶囊定期向外部发送信号。一旦预设周期内（例如1天）未接收到信号，则可以确定胶囊已从患者体内排出。

在本发明第五方面的第七实施方式中，所述胶囊排出指示模块采用基于温度的检测方法来检测胶囊是否排出体外，该胶囊排出指示模块包括设置在振动胶囊外部的温度传感器。当振动胶囊在患者体内时，所述温度传感器感测到体内温度大约为36摄氏度，当胶囊排出时，所述温度传感器器感测到的温度与体内温度不同。在一个实施例中，所述温度传感器周期性检测胶囊的温度，并将信息发送至适当的装置（例如外部设备），以指示胶囊是否已被排出。

在本发明第五方面的第八实施方式中，所述胶囊排出指示模块采用基于磁场的磁性检测方法来检测胶囊是否排出体外，该胶囊排出指示模块包括配置在振动胶囊内部的具有永磁偶极子的小磁体。所述胶囊排出指示模块定期跟踪小磁体的运动，以生成位置图，用于指示小磁体的当前位置，从而判断振动胶囊是否已排出。

在本发明的第六方面，所述振动胶囊还包括胶囊开/关模块。所述胶囊开/关模块用于完全打开（活动状态）或关闭（非活动状态）胶囊，以最大程度降低整体耗电量并延长胶囊的寿命，尤其是货架期的保存寿命。在一实施方式中，所述振动胶囊从包装中取出后即被开启，以便于后续使用。在另一实施方式中，振动胶囊在抵达特定目标位置时被开启，例如到达患者的结肠时。在一实施例中，所述胶囊开/关模块为独立的模块。在另一实施例中，所述胶囊开/关模块为电源管理单元的一部分。在另一实施例中，所述胶囊开/关模块为独立模块与电源管理单元的一部分的组合，例如振动胶囊的包装盒。所述胶囊开/关模块可以为磁控干簧管、光敏照射开关、交流磁场感应开关、RF感应开关、或温度感应开关。

在本发明第六方面的第一实施方式中，所述胶囊开/关模块为磁控干簧管。在一个实施例中，所说振动胶囊放置于一磁性包装中。胶囊在包装中时处于关闭状态。一旦包装被移除，干簧管即可开启胶囊。参照图13，磁控干簧管24在振动胶囊的控制电路中。所述磁控干簧管24与振动胶囊包装中的磁性底座300相互作用，互为磁性配对。当所述磁性底座300临近所述磁控干簧管24时，磁控干簧管24内部簧片吸合，控制电路断开。当所述磁性底座300离开所述磁控干簧管24时，磁控干簧管24内部簧片断开，控制电路连通。

在本发明第六方面的第二实施方式中，所述胶囊开/关模块为光敏开关或光敏照射开关。在一实施例中，所述振动胶囊放置于不接触光线的黑暗的包装中。所述振动胶囊在该包装中处于关闭状态。当从该包装中取出所述振动胶囊时，所述振动胶囊在接触到光线时开启。所述光敏开关也可以通过一种特定波长的光或某种颜色的光来控制。

在本发明第六方面的第三实施方式中，所述胶囊开/关模块为交流磁场感应开关。通过外部磁场来开启和关闭振动胶囊。

在本发明第六方面的第四实施方式中，所述胶囊开/关模块为射频感应开关。通过射频遥控所述振动胶囊的开启和关闭。

在本发明第六方面的第五实施方式中，所述胶囊开/关模块为温度感应开关。所述振动胶囊根据传感器所感测的温度开启和关闭。当所述振动胶囊置于患者体内时，温度传感器所感测的周边温度为36度，则振动胶囊开启。当所述振动胶囊排出体外时，温度传感器所感测的周边温度为环境温度（例如20度），则振动胶囊关闭。

在本发明的第七方面，所述振动胶囊的控制电路用于调整胶囊的振动方向。所述振动胶囊的一种示例性的控制电路如图13所示，所述振动胶囊的供电单元，即第一电池201及第二202，向振动电机21供电，2个场效应晶体管233在供电单元和振动电机21之间建立电性连接。所述场效晶体管233接通或断开供电单元至振动电机21的电流供应。所述两个场效应晶体管可调节电流的流向，使来自电池的电流既可正向也可反向流动，以相应也可以调节振动电机的振动方向。例如，若振动电机接收到正向电流，则电机按顺时针方向转动，而若振动电机接收到方向电流，则电机按逆时针方向转动。

参照图1所示，转子1和电机2通过连接轴的连接形成所述运动生成单元。电池4可以为电池组，以形成所述供电单元。PCB板6为一主板，集成有电源管理单元、运动控制单元、及处理器。所述处理器上运行有胶囊运动检测单元及消化道位置检测模块。干簧管7为上述胶囊开/关模块。射频天线9为上述无线通信模块的一部分。第一个绝缘支撑构件5、第二绝缘支撑构件3、及电机支架10为所述胶囊提供关键的结构支撑。胶囊外壳后端8和胶囊外壳前端11形成胶囊的重要防护罩。

参阅图2所示为振动胶囊的一种实施方式。所述振动胶囊包括：运动生成单元，以产生振动，该振动的频率为1-10Hz，占空比为0.01-0.9；运动控制单元，用于接收无线通信单元发送的运动控制信号并发送运动控制指令至运动生成单元；以及供电单元，用于向振动胶囊供电。所述无线通信单元包括射频收发器，用于向外部设备发送数据并接收来自外部设备的指令。所述振动胶囊还包括胶囊运动检测单元，用于检测振动相关参数并将该参数发送至无线通信单元。参照图9所示，所述无线通信单元可从外部设备接收指令数据，并通过输入/输出单元将指令数据发送至处理器，该处理器将输入的数据转化为控制信号并发送至运动控制单元，该运动控制单元将可操作的运动指令发送至运动生成单元。

参阅图3所示振动胶囊的另一实施方式。所述振动胶囊包括：运动生成单元，以产生振动，该振动的频率为1-10Hz，占空比为0.01-0.9（如图6所示）；运动控制单元，用于接收来自无线通信单元和电源管理单元的运动控制信号，并将可操作的运动指令发送至运动生成单元；以及供电单元，用于通过电源管理单元向振动胶囊供电；所述无线通信单元包括射频收发器，用于向外部设备发送数据并接收来自外部设备的指令。所述供电单元用于决定振动胶囊的工作时间和休眠时间（如图6所示）。所述振动胶囊还包括胶囊运动检测单元，用于检测振动相关参数并将该参数发送至无线通信单元。

参阅图4所示，所述振动胶囊还包括胶囊位置检测单元。该胶囊位置检测单元检测振动胶囊在患者消化道内的当前位置信息并将检测到的位置信息发送至电源管理单元。所述胶囊位置检测单元还将检测到的位置信息发送到无线通信单元。参照图8所示，所述胶囊位置检测单元包括消化道位置检测模块和胶囊排出指示模块。

参阅图10所示，所述无线通信单元接收来自消化道位置检测模块和胶囊运动检测单元的输入数据，并将该数据发送至外部设备，该外部设备可与数据中心相连。所述发送至无线通信单元的数据可以为有关位置及运动参数的原始数据，也可以为经过处理的数据。该经过处理的数据可以为收集的一数据组的平均值、中值或最大值。

参阅图11所示，为本发明振动胶囊的示例性使用或控制方法。该使用或控制方法可由振动胶囊的处理器或外部设备的处理器来执行。所述方法包括：所述振动胶囊从封装底座中取出后，振动胶囊开启；在振动胶囊送入患者胃中后，等待6小时；执行胶囊的第一振动，该第一振动使胶囊获得第一振动级，该第一振动级包括第一频率和第一工作周期，且每个周期都包括工作时间和停止时间；通过外部设备的用户界面将振动调整到令患者感到舒适的频率；在胶囊累积工作时间大于3小时时，则停止振动。所述方法还包括：打开消化道位置检测模块，在胶囊到达结肠后，执行第二振动；在预设时间内（例如七天）通过使用射频监控器监控胶囊的位置，来判断胶囊是否排出体外。

在振动胶囊从包装中取出后，所述方法还包括以下步骤：即执行一测试协议，以确认所述振动胶囊无故障。所述测试协议包括在预定的测试时间内以测试频率和测试周期运行振动胶囊。

在上述振动胶囊使用或控制方法中，执行胶囊的第一振动之前，还包括以下步骤：无线接收所述振动胶囊的默认振动参数。所述振动胶囊通过射频模块接收默认振动参数，该默认振动参数包括但不限于，第一电机转速、第一频率、第一占空比、第一工作周期或工作时间和休眠时间的比例、第一运动方向等。在一实施例中，所述默认的振动参数与所述振动胶囊相关。在另一实施例中，默认的振动参数针对患者进行客制化设置，该客制化设置由患者以前的治疗史确定。

在本发明的另一个方面，所述方法包括以下步骤：以与患者消化道运动同步的频率移动振动胶囊。换言之，在振动胶囊进入患者的消化道后，该振动胶囊以一种能与患者的内脏器官达到共振的频率振动，以获得最佳的振动效果和舒适性。

为了在患者体内以与器官达到共振的频率移动胶囊，上述方法包括以下步骤：

a）以第一频率f和第一占空比启动胶囊运动单元，并通过第一加速度传感器检测第一加速度A_f；b）以第二频率f-m和第一占空比驱动振动胶囊的运动生成单元，并通过第一加速度传感器检测第二加速度A_f-m；c）在1Hz–13Hz的频率范围内重复步骤a和b，以找到A_f-n的最大值。f-n即为患者消化道的共振频率。其中，1 Hz<f-m<13 Hz，1 Hz <f-n<13 Hz，0.2<|m|<1。

在一实施例中，所述方法包括：a）以第一频率f（f大约为10Hz）和第一占空比启动胶囊运动单元，并通过第一加速度传感器检测第一加速度A_f；b）以第二频率f-m（9.5Hz，m=0.5）和第一占空比驱动振动胶囊的运动生成单元；c）通过第一加速度传感器检测第二加速度A_f-m，并记录与A_f和 A_f-m之间的较大值相关的频率值；重复步骤b和c直到最后的频率为1Hz，并记录与最大加速度相关的频率值。该记录的频率值即为胶囊所处器官的共振频率。

本发明的一个目的是让所述振动胶囊以对每位患者来说最佳的振动级运行，使患者不产生任何不适，同时实现最佳临床目标。在一实施方式中，参照图12所示，包括以下步骤：以第三频率和第三占空比驱动胶囊的运动生成单元；通过第一加速度传感器收集至少三个加速度值，以形成第一数据组；识别该第一数据组的最大加速度值，并以将最大加速度值所对应的频率作为第一最佳频率；调整占空比直到振动级使患者感到舒适；每隔0.5-1小时重复一次上述检测和调整步骤，并在累积振动时间超过3小时后停止胶囊振动。

所属领域技术人员可以理解，上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

说明书中对“实施例”、“实施方式”等的提及表示，意味着该实施例描述的特定功能、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。上述短语在说明书中的不同地方的出现并不一定都是指同一实施例。此外，上述任何实施例描述的特定功能、结构或特性可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。为了便于理解，某些方法步骤可能单独进行描述，然而，这些单独描述的步骤不应当被解释为在执行过程中必须依照的顺序。换言之，某些步骤可以同时、或以其他顺序执行。此外，本发明所述的示例性实施方法可以应用于相应的装置，然而，上述实施方法不限制于本发明的范围。

尽管已经示出和描述了本发明的多个实施例，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下针对该多个实施例进行多种变化可以被包括。因此，上述实施例在各个方面应该被认为是说明性的而不是对本发明的限制。本发明的范围是由所附权利要求限定，而不是前述的说明书。在与权利要求等同的含义和范围内进行的所有变化都属于本发明的范围。本发明使用的术语“优选地”是非排他性的，指的是“优选，但不限于此”。权利要求中的术语应当具有与说明书中阐述的发明构思一致的最广泛的解释。例如，使用术语“耦合”和“连接”（及其衍生词）来表示直接和间接连接/耦合。又如，“具有”和“包括”，及其衍生词和类似的过渡术语或短语与“包含”同义(即这些都被认为是“开放式的”术语）—只有短语“由……组成”和“实际上由……组成”被认为是“封闭式的”。

Claims (9)

1.一种振动胶囊，包括处理器，其特征在于，所述处理器执行振动胶囊的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

以第一频率和第一占空比开启振动胶囊的运动生成单元；

通过第一加速度传感器检测第一加速度值；

通过第一加速度传感器收集至少三个加速度值，以形成第一数据组；

识别该第一数据组的第二加速度值，并将该第二加速度值所对应的频率作为第一最佳频率，所述第二加速度值为第一数据组中的最大值、第一数据组中的中间值或第一数据组中数据的平均值；

调整所述第一占空比直至振动级到达第一阈值，该第一阈值为患者感到舒适的最大振动级；及

每隔0.5-1小时重复一次上述检测和调整步骤，并在累积振动时间超过3小时后停止振动胶囊的振动。

2.根据权利要求1所述的振动胶囊，其特征在于，所述步骤还包括：通过振动胶囊的胶囊开/关模块开启振动胶囊。

3.根据权利要求2所述的振动胶囊，其特征在于，所述步骤还包括：在预定的测试时间内以测试频率和测试周期运行振动胶囊，以测试振动胶囊有无故障。

4.根据权利要求2所述的振动胶囊，其特征在于，所述步骤还包括：在振动胶囊进入消化道预设时间后开启振动胶囊。

5.根据权利要求1所述的振动胶囊，其特征在于，所述步骤还包括：无线接收所述振动胶囊的一组默认振动参数。

6.根据权利要求1所述的振动胶囊，其特征在于，所述步骤还包括：改变供电单元至振动电机的电流方向，以改变振动胶囊的振动方向。

7.一种振动胶囊，包括处理器，其特征在于，所述处理器执行振动胶囊的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

在振动胶囊导入消化道后，调整第一占空比直至达到共振频率，并以该共振频率移动振动胶囊；该共振频率的确定步骤如下：

a）以第一频率f和第一占空比启动振动胶囊的运动生成单元，并通过第一加速度传感器检测第一加速度A_f；

b）以第二频率f-m和第一占空比驱动振动胶囊的运动生成单元，并通过第一加速度传感器检测第二加速度A_f-m；

c）在1Hz–13Hz的频率范围内重复步骤a和b，找到第一加速度A_f和第二加速度A_f-m之间的最大值A_f-n，并确定f-n为所述共振频率；其中，1 Hz<f-m<13 Hz，1 Hz <f-n<13 Hz，0.2<|m|<1。

8.一种通过外部设备控制振动胶囊的系统，应用于外部设备，所述外部设备包括处理器，其特征在于，所述处理器执行振动胶囊的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

设置振动胶囊的运动生成单元以第一频率和第一占空比振动；

获取第一加速度传感器检测的第一加速度值；

控制第一加速度传感器收集至少三个加速度值，以形成第一数据组；

识别该第一数据组的第二加速度值，并将该第二加速度值所对应的频率作为第一最佳频率，所述第二加速度值为第一数据组中的最大值、第一数据组中的中间值或第一数据组中数据的平均值；

调整所述第一占空比直至振动级到达第一阈值，该第一阈值为患者感到舒适的最大振动级；及

每隔0.5-1小时重复一次上述检测和调整步骤，并在累积振动时间超过3小时后控制振动胶囊停止振动。

9.一种通过外部设备控制振动胶囊的系统，应用于外部设备，所述外部设备包括处理器，其特征在于，所述处理器执行振动胶囊的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

在振动胶囊导入消化道后，调整第一占空比直至达到共振频率，并设置振动胶囊以共振频率移动；该共振频率的确定步骤如下：

a）设置振动胶囊的运动生成单元以第一频率f和第一占空比启动，并通过第一加速度传感器检测第一加速度A_f；

b）设置振动胶囊的运动生成单元以第二频率f-m和第一占空比振动，并通过第一加速度传感器检测第二加速度A_f-m；

c）在1Hz–13Hz的频率范围内重复步骤a和b，找到第一加速度A_f和第二加速度A_f-m之间的最大值A_f-n，并确定f-n为所述共振频率；其中，1 Hz<f-m<13 Hz，1 Hz <f-n<13 Hz，0.2<|m|<1。

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