CN113710154A - 生物传感器胶囊和系统 - Google Patents

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CN113710154A CN202080029471.9A CN202080029471A CN113710154A CN 113710154 A CN113710154 A CN 113710154A CN 202080029471 A CN202080029471 A CN 202080029471A CN 113710154 A CN113710154 A CN 113710154A
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Abstract

一种生物传感器系统，其具有带壳体的胶囊(1)，其被配置用于在哺乳动物胃肠道中摄取，呈具有圆顶端部的圆柱形。壳体形成类似于“切口”形状的外部空间，其中两个相对的透明壁(6和7)在纵向方向上彼此面对并且基壁(5)面向径向。LED发射器(21)按时间顺序以多个波长发射，并且通过形成凹透镜的壁(7)由光电检测器(22)检测辐射。天线(60)用于将数据无线传输到外部设备并且呈整体锥形的锥形螺旋的形式，位于圆顶端部(8)中以获得最佳空间效率。电池隔间位于壳体的相反端部，通过外部空间(5、6、7)与天线(60)隔开。

Description

生物传感器胶囊和系统
技术领域
本发明涉及一种胶囊的形式的无线生物传感器，用于监测胃肠(GI)道内的血液或其它流体的存在，并且涉及一种结合了该生物传感器的系统。
背景技术
US7828730B2描述了一种用于出血检测的装置，其包括可安装在中空器官内部的固定装置，以及连接到该固定装置的检测装置，用于检测血液的存在，并测量中空器官中的内容物的特定吸收光谱。这需要将传感器固定在至少一个器官内。
已知使用荧光素作为活动性出血检测的标记物。WO2011066431描述了一种使用荧光素作为标记物的无线生物传感器的系统和方法。
EP3269298(Ovesco Endoscopy)描述了一种胶囊，其具有凹槽和用于阻止发射光绕过凹槽的屏蔽板。
WO2018/112389(Progenity)描述了一种具有由凹陷形成的检测腔(22)的可摄取装置。
US2014/0296666(Given Imaging)描述了一种体内感测装置，其在间隙的第一侧上具有多个照明源，每个照明源用于以不同的窄带波长重复地照射间隙内的流体，以确定一系列血液浓度值。基于作为时间函数的一系列血液浓度值和阈值来确定出血事件。
US2014/275860(Given Imaging Ltd)描述了一种具有壳体的装置，该壳体包括间隙、用于照射间隙中的体内流体的照明源、用于检测穿过间隙中的体内流体的光的光检测器，并且在间隙的开口附近的壳体上具有柔性，用于在翅片被折叠时覆盖该开口。
WO2005/113374(Given Imaging Ltd)描述了一种用于体内取样的装置、系统和方法，其具有取样腔和门机构，其中取样腔可以储存体腔物质的样品，并且门可以关闭和打开取样腔的开口。
US2013/0053928(Daniel Gat)描述了一种具有透明壳体和一个或多个辐射源的胶囊，用于在装置通过GI道期间用光治疗在胃肠(GI)道内的检测到的病理性损伤。
本发明旨在提供一种改进的无线生物传感器监测器。
发明内容
我们在所附权利要求1至47中阐述的各种实施例中描述了生物传感器系统。
我们描述了一种生物传感器系统，包括：
一种胶囊，包括：
壳体，其配置用于在哺乳动物胃肠道中摄取并具有纵向轴线，壳体的至少一些部分对于感测波长的辐射是透明的，并且其中壳体配置用于形成外部空间，该外部空间是开放的以由流体进入，
辐射发射器和辐射检测器，其被布置用于将辐射发射到所述外部空间内并通过壳体的所述透明部分检测来自所述外部空间的辐射，
用于辐射发射器的驱动电路和联接到检测器的信号处理电路，以及
带有天线的接口，用于将数据无线传输到外部设备和/或处理器，用于本地处理和存储检测数据。
优选地，外部空间由多个壁形成，所述多个壁在壳体的封壳内形成开放空间。优选地，壳体包括面向具有主要径向分量的方向的基壁，以及沿纵向方向基本彼此面对的第一壁和第二壁，所述壁形成所述外部空间。优选地，所述壁中的至少一个是平面的，并且优选地所有的所述壁都是平面的。
优选地，第一壁和第二壁用于在纵向方向上通过辐射，以对外部空间内的材料进行吸收检测。优选地，基壁用于检测在外部空间内沿径向方向发射的荧光。优选地，壳体形成用于使辐射从发射器进入外部空间的凸透镜和用于使辐射进入检测器的凹透镜。
优选地，壳体形成所述外部空间具有在纵向方向上的尺寸在2毫米至7毫米范围内。优选地，第一壁和第二壁相对于彼此径向向外张开。优选地，壳体在纵向方向上的长度在15毫米至30毫米的范围内，并且其最大宽度尺寸在5毫米至12毫米的范围内。
优选地，壳体封壳形状是具有圆顶端部的大致圆柱形。优选地，壳体包括结合在一起的多个部分，并且形成所述外部空间的部分对所述辐射是透明的。
优选地，壳体包括荧光检测器，所述荧光检测器布置成检测通过所述壳体的透明部分的荧光，并且所述检测可以与吸收检测同时或与吸收检测分开。
优选地，所述信号处理电路包括安装在控制器电路板上的处理器，所述控制器电路板沿纵向方向延伸并与所述外部空间重叠。优选地，无线接口包括安装在壳体的圆顶端部中的天线。优选地，天线呈螺旋的形式，其直径沿朝向壳体的端部的方向减小。
优选地，天线具有在7.5毫米到9毫米范围内的最大径向尺寸并且它变窄以形成具有在2毫米到4毫米范围内的径向尺寸的顶端。优选地，天线的匝数在7到10的范围内。优选地，天线形状的外部封壳基本上与纵向轴线形成在60°到80°范围内的角度。
优选地，无线接口包括与天线物理相邻定位、在纵向延伸的板上的RF电路。
优选地，信号处理电路包括安装在纵向延伸的电路板上的处理器。优选地，胶囊包括横向跨越壳体安装并限定用于电池隔间的空间的电源管理电路板。优选地，电池隔间还由用于辐射发射器的电路板界定。
优选地，辐射发射器包括一个或多个LED并且检测器包括一个或多个光电检测器。优选地，信号处理电路被配置用于获取特定辐射波长的多个读数并用于消除异常值并且平均非异常值读数。
优选地，发射器包括多个发射器装置，每个发射器装置适于以特定波长发射，并且驱动电路被配置用于根据时间复用方案(time multiplex scheme)致动每个发射器装置。优选地，致动之间的时间间隔在2ms(毫秒)到5ms的范围内。
优选地，信号处理电路被配置为当发射器不致动时获取辐射读数并且使用所述读数作为基础或控制，以消除背景噪声。
优选地，信号处理电路被配置为根据一个发射器波长的检测信号与另一发射器波长的检测信号的比率确定特定流体存在的指示。优选地，对于多种辐射波长组合中的每一种都有特定的比率阈值。
优选地，所述组合包括以下的一种或多种：红：绿，远红：绿，红：蓝，远红：蓝，远红：红。优选地，信号处理电路被配置为根据将角度确定为波长差除以检测信号的差的反正切，并且将所述确定的角度与阈值角度进行比较，来确定特定流体的存在的指示。
优选地，信号处理电路被配置为根据检测到的一个或多个辐射波长的信号幅度来确定特定流体的存在的指示的严重性值。优选地，所述严重性值是内出血的程度的指标。
优选地，信号处理电路被配置为确定用于一个或多个发射器波长的检测信号强度下降的比例作为确定严重性值的参数。优选地，信号处理电路(50)被配置为监测检测信号值的变化作为内部胃肠道出血的程度的指标。
优选地，信号处理电路被配置为确定如果严重性指数正在上升，则表明存在新鲜血液而不是历史或先前出血。
优选地，生物传感器系统还包括用于接收和处理胶囊发射的辐射信号的接收器。优选地，所述接收器包括一些所述信号处理电路。
附图说明
将通过参考附图仅以示例方式给出的一些实施例的以下描述更清楚地理解本发明，其中：
图1和2是感测系统的生物传感器胶囊的透视图，图3是其侧视图；
图4是顶部壳体部分的底部透视图；
图5(a)和5(b)是底部壳体部分的侧视图和透视图；
图6是去除顶部壳体部分的胶囊的透视图；
图7(a)和7(b)分别是传感器的内部部件的顶部和底部的透视图；
图8是胶囊的天线的侧视图；
图9是感测系统的框图；
图10是包含传感器的系统的接收器侧架构的框图；
图11是示出操作该系统的一个示例的流程图；
图12(a)是具有时间复用(time multiplexing)的LED驱动方案的示意图，以及图12(b)是用于由胶囊感测的电压参数与严重性指数(“SI”)的曲线，图12(c)是显示在旧血液和新鲜血液之间的传输特性的差异的曲线以及如何将其用于SI计算，以及图12(d)是用于感测发射光并提供反馈的装置的电路图；
图13(a)和13(b)是说明替代光源布置的示意图，以及图14(a)至14(d)是显示各种检测器布置的示意图；
图15是替代传感器的截面侧视图，在这种情况下该替代传感器具有荧光检测器；
图16和17是替代传感器的内部组件的相反端部的透视图；
图18是穿过图16和17的传感器的示意性截面图；和
图19是图16到17的传感器的切断透视图。
具体实施方式
首先参考图1至5，描述了感测系统的生物传感器胶囊1。生物传感器胶囊1被配置为被摄取并测量和监测胃肠(GI)道内血液或其它流体的存在。胶囊1还被配置为能够实现数据收集和到接收器70(图10)的无线传输，接收器70也形成感测系统的一部分。数据可以实时查看和/或存储在外部监视器中和/或在基于云的系统中，用于通过用户友好的界面进一步查看和分析。
生物传感器胶囊1被配置为识别患者的GI道内的血液。这包括可能在患者的胃中积聚几个小时的血液，并且在摄入时没有活动性出血(“旧血液”)。胶囊还可以识别持续活动性出血的存在，即在摄入时在胃中积聚的血液。胶囊被配置为区分“旧血液”和“活动性出血(active bleeding)”。
如图1至5所示，胶囊1包括壳体或外壳2，壳体或外壳2包括顶部部分3和基部部分4。外壳2具有大体圆柱形的形状，具有第一和第二圆顶端部8和9，以及在圆顶端部8和9之间由在壳体2中的凹口10形成的外部空间“切口”容积。切口10在胶囊1的整个封壳内形成容积，并且由顶部部分3的三个平面壁5、6和7形成。壁6对于感兴趣的感测波长是透明的并且在纵向方向上朝向相对的透明壁7，并且切口的基部由壁5形成。如下文更详细描述的，透镜壁6和7用于在纵向方向上通过光，以对切口容积内的材料进行吸收检测。如下文更详细描述的，参照图15，在其它实施例中，除了光吸收之外，胶囊的部件可以被布置用于荧光素检测。
虽然在该示例中“切口”容积具有正交的壁5、6和7，但它们可以按如下配置成相互成角度，以优化光学性能。
选择胶囊的材料和几何形状，以增加胃液向胶囊的槽口的流动并降低被食物和其它颗粒阻塞的风险。部件安装在外壳内的方式对于最小化容积是非常重要的。
基部部分4和顶部部分3可释放地附接，并且基部部分4包括卡扣配合特征12和13。胶囊的尺寸是：
长度：27毫米(毫米)，优选在15毫米到30毫米的范围内。
直径：11毫米，优选在5毫米到12毫米的范围内。
透镜壁6和7可以被制造为一件并且如在该示例中那样用作胶囊1的整个顶部部分3。在替代布置中，它可以作为切口部件与胶囊的顶部组装。或者，可替代地，可以制造不同的透镜，以单独提供与顶部胶囊组装的每个壁。
壁6包括凸透镜，以漫射尽可能多的光，而壁5和7由凹透镜制成，以聚焦尽可能多的光。如将参考图15所描述的，壁5可以用作用于接收辐射(例如荧光辐射)的透明透镜。
壁6和7之间的距离为4.5毫米，并且更一般地，优选在2毫米至7毫米的范围内。在各种实施例中，彼此面对的透明壁相对于纵向轴线具有的角度在90°至150°的范围内，并且在本实施例中，壁6和7处于90°+的拔模角(draft angle)，以方便分析内容物。
在各种实施例中，透明壁是聚碳酸酯、PMMA、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、无定形共聚酯(PETG)、聚氯乙烯(PVC)、液体硅橡胶(LSR)、环烯烃共聚物、聚乙烯(PE)、透明聚丙烯(PP)、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯(SMMA)、聚苯乙烯、MABS(透明ABS)。
在该实施例中，有一个“切口”(一对相对的透明壁)。然而，在其它实施例中，在胶囊的相反侧上可以有第二切口部分。
胶囊1的部件的组件20在图6至8中示出。组件20包括在纵向方向上与吸收光电检测器22对齐的LED光源21。几个部件安装在控制器电路板30上，该控制器电路板30在纵向方向上基本上平行于基壁5延伸。这由柔性缆线31联接到支撑光源21和相关部件的正交发射器电路板32。还有电源电路板35，其部件包括磁开关、升压器和相关部件，与发射器电路板32间隔开，在之间限定了用于电池45的空间。板32通过保持在紧固件12和13之间的半柔性PCB 25联接到板35。
从图6和7中可以清楚地看出，纵向的控制器板以及横向并且正交的发射器板和电源板32和35的布置允许部件的最佳装配，包括在切口空间基壁5下方的空间中的相对大的微控制器50。最佳利用切口5-7远端的空间来容纳电池和相关的电源部件。这有助于确保胶囊不会过大，同时具有足够的功率来支持超过3天的感测持续时间。
安装在板30下方的微控制器50允许最佳地使用板和壳体壁之间的空间。此外，板50在一侧上具有凹口，用于测试探针接入微控制器50的引脚并确保微控制器50的编程。
天线60呈直径逐渐减小的螺旋形状，以形成朝向壳体的端部8具有顶端的圆锥形状。在最佳配置中，天线有九个完整的圆形圈，其中最大的一个直径为8.6毫米。天线由直径为0.35毫米的漆包铜制成。
参考图8，天线具有以下参数。
最大直径：7.5毫米至9毫米
顶端直径：2毫米至4毫米
匝的数量：匝数：7到10
H＝2.5-4毫米(设计为2.6，但制造为3.25)
角度：60°至80°
线的厚度(粗细)：0.2毫米至0.5毫米
材料：漆包铜，但在其它实施例中，它可以是银、铝、不锈钢。
天线也可以被封装在涂层中。涂层材料可以是选自环氧树脂、聚氨酯、聚对二甲苯和苯并环丁烯(BCB)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)和氟化乙丙烯(FEP)中的一种或多种。
天线放置在胶囊的一个端部处，距离电池在至少5毫米处。它的形状也被设计成最大化胶囊内的可用容积。
图9示出了逻辑方面的架构。微控制器50在物理上靠近天线60，在板50上具有RF调谐部件。微控制器50还具有以下顺序的功能块：
过滤信号调节，其联接到PD 21，
ADC，依次联接到存储、编码功能，并且依次到RF电路，
控制块控制调节电路40，其联接到芯片50上的电源管理块。
图10示出了包含胶囊1的系统，其包括布置成从胶囊的天线60接收辐射信号的接收器70。接收器侧架构在图10中示出并且示出了逻辑布局，其中接收器70包括天线71、评估平台接收器72和显示器73。还有无线联接到用户设备80的局域网。
吸收模式利用光学系统来识别血液并且利用血液的光吸收特性。每种物质都有其本身的光吸收特性，即旧血液和活动性出血。
还参考图11和12，描述了胶囊和系统的操作。系统的硬件部件是胶囊内的部件20和接收器部件70。
胶囊被摄入并沿胃肠道(GI tract)行进，无需任何外部干预。胶囊还可以包含位置传感器(例如基于pH值、GPS等)，以告知其沿途的位置。如果需要更长时间的监测，那么可以通过微创手术将胶囊放置在胃肠道的特定位置中。胶囊被配置为在一端部处具有通孔特征11(见图2)，从而可以将绳/缝合线固定到胶囊。绳/缝合线可以是可生物降解的，以确保双重释放机制。缝合线通道11为流线型，不影响胶囊的整体封壳，并且如果需要可根据医疗情况由医师选择使用。这允许出色的多功能性。
光源21发射可见光谱内不同波长的光，包括紫光、蓝光、绿光、黄光、橙光和红光。血液的每种物质都有其本身的光吸收曲线，并且选择波长以放大血液吸收光谱的不规则特性。光电检测器22覆盖整个可见光谱，检测光并将其传输到放大器，放大器收集光子并将其转换为电压/电流，并且然后将其转换为数字信号。
光源可以包括单个光源或多个光源的阵列，类似地光电检测器可以是单个光电检测器或多个的阵列。在一个示例中，单个光源21发射在300nm到900nm范围内的四个波长中的任何一个的光，并且光电检测器22被配置为覆盖从300nm到900nm的所述整个光谱。
图11示出了控制策略的示例，并且图12(a)示出了LED光发射器驱动模式。微控制器50致动LED，以增强光学性能同时限制功率消耗。评估平台72被编程有决策模型，并且被配置为预测被分析的介质是血液的概率。
微控制器可以配置为按顺序对LED发出脉冲，用于在其特定波长下发射，并且短脉冲更适合优化电池。应当理解，可以集成一些或所有部件，例如光电检测器、放大、微控制器和RF模块。
如图12(a)所示，各个波长被致动，之间有8ms的时间延迟，因此在壁6和7之间的通道上运行一种时分复用(time-division multiplexing)的形式。该通道通过由壁5、6和7限定的切口内的容积。
在一个实施例中，以下是胶囊的操作的顺序。
微控制器启用LED1(＝LED1开启)。
微控制器还启用光电检测器22并从光电检测器22进行10-30次测量。光电检测器22将10至30个电压信号发送到微控制器的ADC。微控制器被编程以消除较高和较低的值，并对剩余的值求平均值。该结果值VLED1是电压，该电压与LED1开启时由光电检测器接收到的吸收光成比例。
LED1在大约2ms到5ms后关闭。
LED2现在打开。
光电检测器22测量VLED2。
LED2在2到5ms后关闭。
对每个LED重复此顺序。当所有LED都已被发送脉冲且所有VLEDn(用于相关发射波长的信号的电压水平)都已被记录后，所有LED关闭且光电检测器在没有光源启动时进行最新的一组测量。VLED_OFF是可能的周围或环境光的标志，然后它被用于消除可能的光背景噪声。
此时，光电检测器也被关闭，直到必须进行一组新的测量。
测量的频率是根据临床情况编程的。当结果显示出血风险低时，实施缓慢频率(例如每1-2分钟)。一旦系统检测到出血的可能性，就会自动更新频率以确保更好的监测(例如每2秒)。
该数据可用于以即时的方式检测血液的存在。例如：
如果LED1＝RED光(红光)(620-700nm)，LED2＝Far_Red(远红外光)(700-750nm)；LED3＝Green光(绿光)(495-570)和LED4＝Blue光(蓝光)(450-495)，那么我们有以下条件来估计血液的存在：
如果VRED/VGREEN＝R1>threshold 1(阈值1)→血液
或者，如果VFAR_RED/VGREEN＝R2>threshold 2→血液
或者，如果VRED/VBLUE＝R3>threshold 3→血液
或者，如果VFAR_RED/VBLUE＝R4>threshold 4→血液
或者，如果VFAR_RED/VRED＝R5>threshold 5→血液
或者，VRED&VGREEN&VBLUE<threshold 6→血液
或者，VRED&VFAR_RED&VGREEN&VBLUE<threshold 7→血液
或者，arctan(λGREEN–λBLUE)/(VGREEN-VBLUE)＝Θ1>ΘTHRESHOLD 1→血液
或者，arctan(λRED–λGREEN)/(VRED–VGREEN)＝Θ2>ΘTHRESHOLD 2→血液
或者，arctan(λFAR_RED–λRED)/(VFAR_RED–VRED)＝Θ3>ΘTHRESHOLD 3→血液
其中，所有阈值均为任意单位范围(例如1.8至2.2)内的值；阈值是在0到300mV范围内的值，并且ΘTHRESHOLD 1,ΘTHRESHOLD 2,ΘTHRESHOLD 3是0°到70°范围内的角度。
在上文中，λGREEN，λBLUE，λRED，λFAR_RED是这些颜色的波长，例如对于绿色，它优选在560-520nm之间，
如果使用上述一种或多种条件检测到血液，则能够确定出血的严重性指数(SI)。严重性指数(SI)被计算为在特定时间VRED和/或VGREEN与VRED和/或VGREEN的基本初始值(没有血液的时候)相比下降的百分比。在较高的血液浓度下，红光和/或绿光的吸收较高，并且因此由光电检测器22测量的电压降低，如图12(b)所示。
此外，图12(c)示出了处理器如何区分新鲜血液和旧血液。该系统可以使用不同的光从旧血液(其由于血红蛋白的氧化而具有棕色成分)中检测新血液(鲜红色的血液颜色)。例如，处理器可以对旧血液使用FR/R，并且对新鲜血液使用FR/G。如图12(c)所示，数值存在显著差异。
通过使用至少四个波长，可以提供更准确的信息，类似于分离的分光光度计。高浓度的血液也会吸收红光，因此血液的存在不能唯一地取决于比率，但还必须考虑绝对值。此外，通过考虑某些波长的绝对值(例如绿光吸收)，该算法可以与血液浓度相关联。
在另一个实施例中，每个光源具有特定波长以及也具有可由微控制器调节的特定光功率。微控制器可以增加或减少每个LED的致动时间，从而产生选定的光强度。
可选的，可以使用电阻器来调节输出光强度。参考图12(d)，该电路可以配置有例如N-MOSFET的部件以充当电压受控电阻器。在这种情况下，提供了一种光学传感器光电二极管PD2，用于将信息反馈到微控制器μC，以便连续调节输出。例如，对于固定的胶囊，可能有一个目标，而对于通过胃肠道行进的，可能有一个不同的目标。
使用这些机制中的任何一种，微控制器可以为每个LED实现特定的强度，以控制所需的光功率输出。
应当理解，处理器基于波长的组合通过上述的瞬时测量提供完整结果。
如上所述，严重性指数(SI)被确定为一种单一光波长与预期的“无血液状况”光波长的百分比下降。
如上所述，胶囊可以在特定时间段内放置在单个位置上也是有利的。
替代实施例
图13示出了可以在替代实施例中使用的光源的不同布置。一个或多个分离的发光二极管(LED)提供所需的波长。可能存在具有单个宽带LED和多个过滤透镜的光源200，每个滤光透镜提供相关波长，在该示例中为G、B、R和Far Red(远红)(图13(a))。如图13(b)所示，可以有分离的LED的阵列220，每个LED提供特定波长。
图14示出了光电检测器的各种选项，如下：
(a)宽带光电检测器300，
(b)多个离散的光电检测器310，
(c)具有多个敏感区域的一个部件320，每个敏感区域对特定波长敏感，
(d)宽带PD的组件350，具有可拆卸的盖以选择性地过滤。
光源、光电检测器和光学部件(例如过滤器、准直器和光纤)被组装，以确保吸光度和荧光检测。选择部件相对于彼此的距离和角度以确保传感器的性能，同时最小化部件的体积和重量。
参考图15，替代的传感器胶囊具有一些相同的部件，由相同的附图标记表示。在这种情况下，在与基壁5接触的过滤器570下方有荧光检测器560，其对光是透明的。引起荧光的照射是由发射器22的操作引起的，在用于发射相关波长的时隙期间在切口容积内引起荧光。
壁6和7确保光源和检测器彼此面对，以进行基于吸收的测量。壁5与壁6成90°放置以进行荧光测量。这将最小化荧光光源和检测器之间的串扰。该解决方案与光过滤器和准直器一起，即使在小型化环境中也能确保良好的荧光测量性能。光过滤器和准直器可以集成在透镜3中。
在胶囊内操作荧光素模式的情况下，荧光素需要静脉注射，被泵送全身，并且，如果患者有活动性上消化道出血，则部分荧光素会随血液一起泄漏到胃内。
在荧光素的情况下，如果发生内出血，则荧光素会到达胃，因此系统可以识别活动性出血。
参考图16至19，示出了具有光源502和光检测器503的胶囊500，光源502和光检测器503具有黑色吸光屏蔽(黑色塑料材料)504和505，其分别围绕从光发射器506到壳体壁的路径以及到在间隙(用于分析的外部空间)的相反侧上的检测器507的路径。图18和19示出了光源502和光检测器503如何安装在基板501上，以及这些部件相对于壳体520的相对位置。
图18和19示出了光源和检测器与壳体的关系，示出了壳体520，其具有靠近光源502的壁522和靠近检测器503的壁523。此外，还有外部检测空间的基壁524。每个光吸收器504和505形成光通道，该光通道在四个侧上被光吸收材料(例如黑色塑料材料)包围，或者在光纤管内形成通道。
有利地，光吸收器吸收不靠近源和检测器之间的光轴的光。这有助于防止辐射在胶囊内散射并作为噪声到达检测器507。还可以通过在间隙的基部处与壳体壁相邻的光屏蔽来帮助防止噪音。
对于操作的吸收和荧光模式两者，这种布置非常有效地将光从发射器通道引导到光电检测器中。对于荧光，光源的光到达样品介质，以激发荧光材料，并且只有发射的光到达光电检测器，来自光源的光是噪声。
光吸收器中的一个或两个可以由附接到光发射器装置的部件提供，或者可以是光发射器装置包装的一部分，或者可以是壳体的一部分。
可以有至少一个LED发出在荧光素钠的激发波长范围内的光，例如大约490nm。光电检测器560包括一个光过滤器，以滤除所有不需要的波长，除了从激发的荧光素钠发射的光，例如大约520nm。光-电压转换器以与以前类似的方式将光转换为电压。渗入胃中的血液随其带有荧光素，并且激发的荧光素产生的光与荧光素的量成比例。因此，检测到内部出血的存在和严重性。荧光素会迅速代谢，并且在20-30分钟后就会失效，且不再发出可测量的荧光。这是一种非常有效的机制，用于即时地实时地检测活动性出血。在某些用途中，该机制可以是上述光检测方法的补充或替代。当使用胶囊时，它可以由使用者配置为使用一种或两种机制。
胶囊可以具有一个或多个取样区域，血液或其它流体可以在该区域流动。例如，通过在相对于纵向轴线的相对侧上在胶囊的两个末端处具有两个切口容积，胶囊可以对环境进行取样，而不管胶囊取向如何。
在其它实施例中，胶囊可以具有亲水材料涂层，或具有光传感器的PH敏感涂层以评估涂层的状态；这可用于定位胃肠道内的胶囊或用作PH监测器。
各种实施例的胶囊的部件可以以不同的方式组合以适应环境。例如，可以使用LED波长的不同组合。辐射波长可以与所描述的不同，可能在可见光谱之外更远。此外，天线全部或部分在壳体内也不是必需的。设想它可以至少部分地安装在外部，并且其中一些可以嵌入壳体材料内。辐射发射器驱动电路和联接到检测器的信号处理电路可以具有任何期望水平的数据处理能力，范围从用于驱动发射器和接收来自检测器的信号的基本(处理)到更全面的处理。在基本水平的情况下，将在胶囊与之通信的外部设备上执行更多处理。另一方面，该系统可以仅包括胶囊，其中信号处理电路被配置为传输完整处理的信号以供外部计算设备接收。
本发明不限于所描述的实施例，而是可以在结构和细节上变化。例如，代替在间隙的相对侧上具有LED和PD，它们可以位于板上，并且可以布置光纤以将光引导到LED所在的位置并从PD所在的位置接收光。这将具有有源电子部件都安装在一个基板上的好处。

Claims (47)

1.一种生物传感器系统，包括：
胶囊，包括：
壳体(2)，其被配置用于在哺乳动物胃肠道中摄取并且具有纵向轴线，壳体的至少一些部分(5、6、7)对感测波长的辐射是透明的，并且其中所述壳体被配置用于形成外部空间(10)，该外部空间是开放的，以由流体进入，
辐射发射器(21)和辐射检测器(22)，其被配置用于将辐射发射到所述外部空间内并且检测从所述外部空间通过壳体的所述透明部分的辐射，
用于辐射发射器的驱动电路(50)和联接到检测器的信号处理电路(50)，以及
具有天线(60)的接口(50、61、60)，用于将数据无线传输到用于本地处理和存储检测数据的外部设备和/或处理器。
2.根据权利要求1所述的生物传感器系统，其特征在于，所述外部空间由多个壁(50)形成，所述多个壁在所述壳体的封壳内形成开放空间。
3.根据权利要求2所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壳体包括面向具有主要径向分量的方向的基壁(5)，以及在纵向方向上基本上彼此面对的第一壁和第二壁(6、7)，所述壁形成所述外部空间(10)。
4.根据权利要求3所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壁(5、6、7)中的至少一个是平面的，并且优选地所有的所述壁都是平面的。
5.根据权利要求3或4所述的生物传感器系统，其特征在于，所述第一壁和第二壁(6、7)用于在纵向方向上通过辐射，以用于在外部空间内的材料的吸收检测。
6.根据权利要求3或4或5所述的生物传感器系统，其特征在于，基壁(5)用于检测在外部空间内沿径向方向发射的荧光。
7.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壳体形成用于使来自发射器的辐射通过进入所述外部空间的凸透镜(6)和用于使所述辐射通过进入所述检测器的凹透镜(7)。
8.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壳体形成所述外部空间(10)，所述外部空间具有的沿纵向方向的尺寸在2毫米至7毫米范围内。
9.根据权利要求3至8中的任一项所述的生物传感器系统，其特征在于，所述第一壁和第二壁相对于彼此径向向外张开。
10.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壳体(2)在纵向方向上的长度在15毫米至30毫米的范围内，并且其最大宽度尺寸在5毫米至12毫米的范围内。
11.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壳体封壳形状是具有圆顶端部(8、9)的大致圆柱形。
12.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壳体包括结合在一起的多个部分(3、4)，并且形成所述外部空间的部分(3)对所述辐射是透明的。
13.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述壳体包括荧光检测器(570)，其被配置用于检测通过所述壳体的透明部分的荧光，并且所述检测可以与吸收检测同时或与吸收检测分开。
14.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括安装在控制器电路板(30)上的处理器(50)，所述控制器电路板在纵向方向上延伸并与所述外部空间重叠。
15.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述无线接口包括安装在所述壳体的圆顶端部(8)中的天线(60)。
16.根据权利要求15所述的生物传感器系统，其特征在于，所述天线(60)呈螺旋形式，其直径在朝向所述壳体的端部的方向上减小。
17.根据权利要求16所述的生物传感器系统，其特征在于，所述天线(60)具有在7.5毫米至9毫米范围内的最大径向尺寸并且它变窄以形成具有在2毫米至4毫米范围内的径向尺寸的顶端。
18.根据权利要求16或17所述的生物传感器系统，其特征在于，天线的匝数在7至10的范围内。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的生物传感器系统，其特征在于，所述天线形状外部封壳与所述纵向轴线基本上形成在60°至80°范围内的角度。
20.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述无线接口包括RF电路(61)，所述RF电路在纵向延伸的板(60)上物理地邻近所述天线(60)定位。
21.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括安装在纵向延伸的电路板(40)上的处理器(50)。
22.根据权利要求21所述的生物传感器系统，其特征在于，所述胶囊包括横跨所述壳体安装并且限定了用于电池隔间的空间的电源管理电路板(21)。
23.根据权利要求22所述的生物传感器系统，其特征在于，所述电池隔间还由用于辐射发射器的电路板(32)界定。
24.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述辐射发射器(21)包括一个或多个LED，并且所述检测器(22)包括一个或多个光电检测器。
25.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于获取用于特定辐射波长的多个读数，并且用于消除异常值并平均非异常值读数。
26.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述发射器包括多个发射器装置(220)，每个发射器装置适于以特定波长发射，并且所述驱动电路(50)被配置用于根据时间复用方案致动每个发射器装置。
27.根据权利要求26所述的生物传感器系统，其特征在于，致动之间的时间间隔在2毫秒到5毫秒的范围内。
28.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于获取当所述发射器不被致动时的辐射读数，并且用于使用所述读数作为基础或控制，以消除背景噪声。
29.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于根据用于一个发射器波长的检测信号与另一发射器波长的检测信号的比率确定特定流体的存在的指示。
30.根据权利要求29所述的生物传感器系统，其特征在于，对于辐射波长的多种组合中的每一种都有特定的比率阈值。
31.根据权利要求30所述的生物传感器系统，其特征在于，所述组合包括以下的一种或多种：红：绿、远红：绿、红：蓝、远红：蓝、远红：红。
32.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于根据将角度确定为波长差除以检测到的信号差的反正切并将所述确定的角度与阈值角度进行比较，来确定指示特定流体的存在。
33.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于根据一个或多个辐射波长的检测到的信号幅度来确定用于指示存在的特定流体的严重性值。
34.根据权利要求33所述的生物传感器系统，其特征在于，所述严重性值是内出血的程度的指标。
35.根据权利要求33或34所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于确定用于一个或多个发射器波长的检测到的信号强度的下降的比例，作为确定严重性值的参数。
36.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于设置用于光源的强度。
37.根据权利要求36所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于设置在特定时间的强度，例如通过限制光发射器驱动电流来设置。
38.根据权利要求36或37中的任一项所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于通过控制ON持续时间的长度来控制一段时间内的平均发光强度。
39.根据权利要求36至38中的任一项所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)包括光传感器(PD2)，并且所述处理器被配置用于处理来自所述传感器的反馈信号，以调节光发射器输出。
40.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于使用不同的光波长来区分新血液和旧血液。
41.根据权利要求40所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于使用两个波长的比率来指示旧血液，并且使用不同波长的比率来指示新鲜血液。
42.根据权利要求41所述的生物传感器系统，其特征在于，所述信号处理电路(50)被配置用于使用FR/R的比率来指示旧血液，并且使用FR/G的比率来指示新鲜血液。
43.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，包括光吸收引导件(504、505)，其围绕在所述辐射发射器和/或检测器与所述壳体壁之间的路径。
44.根据权利要求43所述的生物传感器系统，其特征在于，所述引导件包括基本上黑色的材料。
45.根据权利要求43或44所述的生物传感器系统，其特征在于，所述引导件包括光纤。
46.根据任一前述权利要求所述的生物传感器系统，其特征在于，还包括接收器，用于接收和处理由胶囊的控制器发射的辐射信号。
47.根据权利要求46所述的生物传感器系统，其特征在于，所述接收器包括一些所述信号处理电路。
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