CN115475326A - 一种超声波胶囊 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超声波胶囊，应用于生物医疗技术领域。本申请所提供的超声波胶囊，内部设置有信号发生器、超声波换能器、电源；信号发生器与超声波换能器相连，用于在目标对象服下超声波胶囊后发送控制信号至超声波换能器，以便于超声波换能器接收到控制信号后开始工作；电源分别与信号发生器以及超声波换能器相连，用于向信号发生器与超声波换能器供电。本申请将超声波换能器集成到胶囊内部，利用超声波的弥散作用，提高生物膜的通透性，超声波作用后，细胞膜对钾、钙离子的通透性发生较强的改变，从而增强生物膜弥散过程，促进物质交换，增强药物对微生物的作用效果，即增加内服药物的渗透率从而提高了治疗效果。
Description
技术领域
本申请涉及生物医疗技术领域，特别是涉及一种超声波胶囊。
背景技术
目前，在治疗一些疾病时需要口服药物，例如，治疗幽门螺杆菌的常用四联疗法就是含有铋剂的四联疗法，主要包括：含有铋剂的胃粘膜保护剂，比如胶体果胶铋、枸橼酸铋钾等；质子泵抑制剂，比如奥美拉唑、泮托拉唑、雷贝拉唑、兰索拉唑等；两种抗菌药物，主要包括阿莫西林、克拉霉素、甲硝唑、呋喃唑酮等。当前的方案是让患者直接口服这些药物。
但是，很多药物对各种生物膜的渗透率较低，导致药物不能充分扩散，从而影响治疗效果。
由此可见，如何增加内服药物的渗透率以提高治疗效果，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种超声波胶囊，用于增加内服药物的渗透率以提高治疗效果。
为解决上述技术问题，本申请提供一种超声波胶囊，包括：信号发生器、超声波换能器、电源；
所述信号发生器与所述超声波换能器相连，用于在目标对象服下所述超声波胶囊后发送控制信号至所述超声波换能器，以便于所述超声波换能器接收到所述控制信号后开始工作；
所述电源分别与所述信号发生器以及所述超声波换能器相连，用于向所述信号发生器与所述超声波换能器供电；其中，所述信号发生器、所述超声波换能器以及所述电源均设置于所述超声波胶囊的内部。
优选地，所述超声波换能器为两个，且分别设置在所述超声波胶囊的两端；所述信号发生器用于在所述目标对象服下所述超声波胶囊后发送所述控制信号至两个所述超声波换能器，以控制两个所述超声波换能器工作。
优选地，还包括：功率放大器；
所述功率放大器与所述信号发生器相连，用于放大所述信号发生器发送的控制信号；
所述功率放大器与所述超声波换能器相连，用于将放大后的所述控制信号发送至所述超声波换能器以便于所述超声波换能器接收到放大后的所述控制信号后开始工作。
优选地，所述超声波换能器的材料为发射型材质的压电陶瓷。
优选地，所述超声波换能器的材料为压电陶瓷pzt5。
优选地，所述超声波胶囊的外壳的生物相容性高于相容性阈值。
优选地，所述超声波胶囊的所述外壳的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。
优选地，所述超声波换能器的功率为根据所述目标对象服用的药物类型选择。
优选地，所述超声波胶囊的所述外壳上设置有透声窗口。
本申请所提供的超声波胶囊，内部设置有信号发生器、超声波换能器、电源；信号发生器与超声波换能器相连，用于在目标对象服下超声波胶囊后发送控制信号至超声波换能器，以便于超声波换能器接收到控制信号后开始工作；电源分别与信号发生器以及超声波换能器相连，用于向信号发生器与超声波换能器供电。本申请将超声波换能器集成到胶囊内部，利用超声波的弥散作用，提高生物膜的通透性，超声波作用后，细胞膜对钾、钙离子的通透性发生较强的改变，从而增强生物膜弥散过程，促进物质交换，增强药物对微生物的作用效果，即增加内服药物的渗透率从而提高了治疗效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种超声波胶囊的结构框图；
图2为本申请实施例提供的一种超声波胶囊的具体结构图；
图3为本申请实施例提供的一种信号发生器和功率放大器的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。
本申请的核心是提供一种超声波胶囊，用于增加内服药物的渗透率以提高治疗效果。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
本申请实施例提供的超声波胶囊在生物医疗领域应用十分广泛，例如，在治疗幽门螺杆菌时就可使用本实施例提供的超声波胶囊，幽门螺杆菌是一种螺旋形、微厌氧、对生长条件要求十分苛刻的细菌，是目前所知能够在人胃中生存的唯一微生物种类，在治疗幽门螺杆菌时使用四联用药，在服用两种抗生素时，同时可使用本申请实施例提供的超声波胶囊，可以使药物分子快速渗透和扩散到胃粘膜，增强药物效果。
为了增加内服药物的渗透率以提高治疗效果，本申请实施例提供一种超声波胶囊，该超声波胶囊包括：信号发生器、超声波换能器、电源；信号发生器与超声波换能器相连，用于在目标对象服下超声波胶囊后发送控制信号至超声波换能器，以便于超声波换能器接收到控制信号后开始工作；电源分别与信号发生器以及超声波换能器相连，用于向信号发生器与超声波换能器供电；其中，信号发生器、超声波换能器以及电源均设置于超声波胶囊的内部。
本申请实施例提供的超声波胶囊的结构可以根据实际情况进行调整，超声波胶囊的尺寸可以设置直径为10毫米，长度为30毫米，但实际应用时可根据内部各元件的大小进行选择。超声波胶囊内部的组成元件的类型和数量也不作限定，超声波换能器可以设置有多个，其中一种优选的方案是在超声波胶囊的两端分别设置一个超声波换能器，两个超声波换能器能够更好的持续发射超声波，在胃和肠道可以增加药物对各种细菌的渗透率，提高治疗效果。在实际应用时，信号发生器的控制信号通常需要进行放大，因此，超声波胶囊还可以包括功率放大器，图1为本申请实施例提供的一种超声波胶囊的结构框图；如图1所示，超声波胶囊1包括信号发生器2、功率放大器3、超声波换能器4；信号发生器2与功率放大器3相连，功率放大器3用于放大信号发生器2发送的控制信号，功率放大器3与超声波换能器4相连，用于将放大后的控制信号发送至超声波换能器4以便于超声波换能器4接收到放大后的控制信号后开始工作。需要注意的是，图1所示的结构图均只是本实施例提供的其中一种示例，并不对本申请的其他方案造成限定。
信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
一般用于超声波成像的超声波换能器的功率都较低，而本申请所提供的超声波胶囊是利用超声波的弥散作用，提高生物膜的通透性，因此，需要较大功率的超声波换能器，在实际应用时，需要选取功率大于阈值的超声波换能器，以满足使用需求。超声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。超声波换能器可实现距离长、频带宽的超声波发送。超声波换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成，Cymbal阵列接收器由8～16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成，作用距离大于35m，频带宽度达到10kHz，能检测高速移动的远距离目标。超声波换能器的应用十分广泛,它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。按实现的功能分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等；按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。超声波马达是把定子作为换能器，利用压电晶体的逆压电效应让马达定子处于超声波频率的振动，然后靠定子和转子间的摩擦力来传递能量，带动转子转动。
本申请实施例所提供的超声波胶囊，内部设置有信号发生器、超声波换能器、电源；信号发生器与超声波换能器相连，用于在目标对象服下超声波胶囊后发送控制信号至超声波换能器，以便于超声波换能器接收到控制信号后开始工作；电源分别与信号发生器以及超声波换能器相连，用于向信号发生器与超声波换能器供电。本申请实施例将超声波换能器集成到胶囊内部，利用超声波的弥散作用，提高生物膜的通透性，超声波作用后，细胞膜对钾、钙离子的通透性发生较强的改变，从而增强生物膜弥散过程，促进物质交换，增强药物对微生物的作用效果，即增加内服药物的渗透率从而提高了治疗效果。
在上述实施例中并未限定超声波换能器的数量和安装位置，本申请实施例提供一种具体的方案，超声波换能器为两个且分别设置在超声波胶囊的两端，图2为本申请实施例提供的一种超声波胶囊的具体结构图；如图2所示，超声波胶囊1中包括信号发生器2、功率放大器3、电源、以及两个超声波换能器4，两个超声波换能器4分别设置在超声波胶囊1的两端，信号发生器2、功率放大器3以及电源设置在超声波胶囊1的中间位置。信号发生器2用于在目标对象服下超声波胶囊1后发送控制信号至两个超声波换能器4，以控制两个超声波换能器4工作。需要注意的是，图2所示的结构图均只是本实施例提供的其中一种示例，并不对本申请的其他方案造成限定。图3为本申请实施例提供的一种信号发生器和功率放大器的电路结构图；如图3所示，信号发生器2与功率放大器3的电路相连，信号发生器2中的芯片U1和U2产生控制信号并发送控制信号至功率放大器3，功率放大器3对控制信号进行功率放大之后，再通过自身的输出接口P1连接超声波换能器4。
信号发生器一般由参考振荡器、频率合成单元、调制单元、电平控制单元等组成，内部带有扫频输出功能(全频段扫频时间小于5秒)，低频信号发生器具有从低频开始到高频(或反之)自动变化的功能，即完成100Hz—20KHZ中间所有频率的低到高或高到低的变化过程，而这一次过程的时间为5秒。信号发生器带有外部扫频控制输入接口(控制信号为电压0-5V，控制电流小于1mA)，低频信号发生器所输出的频率可以由外部进行控制(有外部控制接口)，外部控制频率变化的电压是0-5V，控制电流小于1mA。当外部控制电压在0-5V变化时，低频信号发生器可以输出可以在100HZ到20KHZ之间变化。
在实际应用时，信号发生器的控制信号通常需要进行放大，因此，本申请实施例提供的超声波胶囊还包括功率放大器；功率放大器是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。功率放大器与信号发生器相连，用于放大信号发生器发送的控制信号，功率放大器与超声波换能器相连，用于将放大后的控制信号发送至超声波换能器以便于超声波换能器接收到放大后的控制信号后开始工作。
本申请实施例提供的超声波换能器的材料为发射型材质的压电陶瓷。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声波换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒。由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质。
根据超声波换能器的功能，大体上按照发射型，接收型，收发型来选用压电陶瓷，压电陶瓷pzt5和pzt8的区别是它们的材质和类型不同，pzt5一般定义是发射型；pzt8一般定义是收发型。本申请所需要实现的功能是发射超声波以增加药物的渗透性，因此，本申请实施例提供的超声波换能器的材料为压电陶瓷pzt5。陶瓷片的用量根据功率极限来算，厚度要根据响应或者灵敏度来选取，压电陶瓷是具有压电特性的电子陶瓷材料，为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。
生物相容性是指生命体组织对非活性材料产生反应的一种性能，一般是指材料与宿主之间的相容性。生物材料植入人体后，对特定的生物组织环境产生影响和作用，生物组织对生物材料也会产生影响和作用，两者的循环作用一直持续，直到达到平衡或者植入物被去除。生物相容性主要决定于材料的性质和用途，材料及制品本身的性质，包括形状、大小及表面粗糙程度，材料聚合或制备过程残留的有毒低分子物质、材料加工工艺污染、材料在体内的降解产物等都与其生物相容性相关。材料与机体短期接触会对细胞及全身产生毒性、刺激性、致畸性和局部炎症；长期接触可能具有致突变、致畸和致癌作用；与血液接触引起凝血功能异常和溶血等，因此，当考虑将材料用于生物医学领域时，其生物相容性是需要考虑和评价的重要指标。本申请实施例提供的超声波胶囊的外壳的生物相容性高于相容性阈值，具体可采用聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯简称PMMA，是一种高分子聚合物，又称作亚克力或有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是平常经常使用的玻璃替代材料。
上述实施例中并未限定超声波换能器的功率，而不同功率的超声波换能器适用于不同的场景，因此，本申请实施例提供的超声波换能器的功率为根据目标对象服用的药物类型选择。一般用于超声波成像的超声波换能器的功率都较低，而本申请所提供的超声波胶囊是利用超声波的弥散作用，提高生物膜的通透性，因此，需要较大功率的超声波换能器，在实际应用时，需要选取功率大于阈值的超声波换能器，以满足使用需求。
在实际应用中，为了使超声波换能器的工作效率更高，可以在超声波胶囊的外壳上设置透声窗口，透声窗口的数量、大小和设置的具体位置不作限定，一般设置在超声波换能器发射超声波的位置，透声窗口的数量、大小也可以根据超声波换能器进行选择，例如，如图2所示的结构中，透声窗口可以设置为两个，且分别设置在超声波胶囊的两端，可以增强超声波的弥散作用，从而提高生物膜的通透性，超声波作用后，细胞膜对钾、钙离子的通透性发生较强的改变，从而增强生物膜弥散过程，促进物质交换，增强药物对微生物的作用效果，即增加内服药物的渗透率从而提高了治疗效果。
信号发生器内部一般包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序；处理器用于执行计算机程序时实现控制信号的发送。其中，处理器可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器可以采用数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器(Central Processing Unit，CPU)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器可以集成有图像处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器还可以包括人工智能(Artificial Intelligence，AI)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器至少用于存储以下计算机程序。另外，存储器所存储的资源还可以包括操作系统和数据等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统可以包括Windows、Unix、Linux等。
以上对本申请所提供的超声波胶囊进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (9)
1.一种超声波胶囊，其特征在于，包括：信号发生器、超声波换能器、电源；
所述信号发生器与所述超声波换能器相连，用于在目标对象服下所述超声波胶囊后发送控制信号至所述超声波换能器，以便于所述超声波换能器接收到所述控制信号后开始工作；
所述电源分别与所述信号发生器以及所述超声波换能器相连，用于向所述信号发生器与所述超声波换能器供电；其中，所述信号发生器、所述超声波换能器以及所述电源均设置于所述超声波胶囊的内部。
2.根据权利要求1所述的超声波胶囊，其特征在于，所述超声波换能器为两个，且分别设置在所述超声波胶囊的两端；所述信号发生器用于在所述目标对象服下所述超声波胶囊后发送所述控制信号至两个所述超声波换能器，以控制两个所述超声波换能器工作。
3.根据权利要求1所述的超声波胶囊，其特征在于，还包括：功率放大器；
所述功率放大器与所述信号发生器相连，用于放大所述信号发生器发送的控制信号；
所述功率放大器与所述超声波换能器相连，用于将放大后的所述控制信号发送至所述超声波换能器以便于所述超声波换能器接收到放大后的所述控制信号后开始工作。
4.根据权利要求1所述的超声波胶囊，其特征在于，所述超声波换能器的材料为发射型材质的压电陶瓷。
5.根据权利要求4所述的超声波胶囊，其特征在于，所述超声波换能器的材料为压电陶瓷pzt5。
6.根据权利要求1所述的超声波胶囊，其特征在于，所述超声波胶囊的外壳的生物相容性高于相容性阈值。
7.根据权利要求6所述的超声波胶囊，其特征在于，所述超声波胶囊的所述外壳的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。
8.根据权利要求1所述的超声波胶囊，其特征在于，所述超声波换能器的功率为根据所述目标对象服用的药物类型选择。
9.根据权利要求6或7所述的超声波胶囊，其特征在于，所述超声波胶囊的所述外壳上设置有透声窗口。
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