KR20140105832A - 인간 유기체 내의 자성 물체를 검출하는 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 2개의 센서 어셈블리를 포함하는, 인간 유기체 내의 자성체를 검출하는 검출 시스템에 관한 것으로서, 여기서 각각의 센서 어셈블리는 1, 2 또는 3개의 이방성 자기 저항 센서를 가지며, 이들의 약한 자화 축은 쌍을 이루며 상이한 방향들을 가리키고, 각각의 센서 어셈블리는 다른 센서 어셈블리 또는 센서 어셈블리들로부터 0.5 내지 50 cm의 간격을 가지며, 적어도 2개의 센서 어셈블리가 서로에 대해 0 내지 45°의 각도로 기울어져 있다. 본 발명은 또한, 인간 유기체 내의 자성체에 의해 생성된 자기 플럭스를 검출하는 방법, 및 삼킨 자성체와 소화계에서의 자성체의 분해를 검출하기 위한 본 발명에 따른 검출 시스템의 용도에 관한 것이다.

Description

인간 유기체 내의 자성 물체를 검출하는 검출 시스템 {DETECTION SYSTEM FOR DETECTING MAGNETIC OBJECTS IN THE HUMAN ORGANISM}

본 발명은 자성의 또는 자화된 경구 투여 형태의 경구 섭취 후 이것을 검출할 수 있고 경구 투여 형태로부터의 자기장의 감소와 소실을 통해 경구 투여 형태의 용해를 추적하는 센서 어셈블리의 기술적 구현에 관한 것이다.

자기 플럭스를 측정하기 위한 기술은 오랫동안 알려져 왔다. 비교적 작은 공간에서 고감도로 자기 플럭스 밀도 벡터를 측정할 수 있는 센서들, 예를 들어, 약칭 AMR 효과라 불리는, 이방성 자기저항 효과의 기능적 원리에 기초한 센서들이 있다. AMR 효과에 있어서, 특정 재료에서의 오옴 저항은 전류 흐름과 자화 벡터 사이의 각도에 의존한다. 이것은 얇은 층의 퍼멀로이(Permalloy), 즉, 81% Ni와 19% Fe의 합금에서 특히 잘 관찰될 수 있다. 상용 센서에서, 4개의 개별 저항들이 결선되어 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)가 된다. 소위 바버 폴(barber pole) 구조를 이용함으로써, 자화 벡터와 각각의 저항을 통해 흐르는 전류 사이에 45°의 각도가 부여된다. 외부 자기장의 부재시에, 자화 벡터는, 소위 약한 자화 축이라 불리는 저항의 세로축을 따라 배향된다. 외부 자계가 인가되면, 자화 벡터는 이 축에 대하여 소정 각도만큼 회전된다. 그 결과, 전류 흐름과 자화 벡터 사이의 각도가 변하고, 이것은, 결과적으로, 비-리액티브 저항(non-reactive resistance)에서의 변화와 연관된다.

특허 출원 WO 2011/026808 A1은 자화된 페이즈(magnetized phase)가 탑재된 경구 투여 형태로부터 자기 플럭스를 검출하는 컴퓨터-기반의 평가 시스템을 개시하고 있다. 경구 섭취 후에, 투여 형태가 인간의 소화 계통에서 상이한 시간들에서 용해되도록, 투여 형태의 다양한 페이즈들이 설계될 수 있다. 상기 평가 시스템은 자기 페이즈들의 중첩으로부터 생기는 자기장을 페트리 접시(Petri dish)에 고정된 홀(Hall) 센서의 도움으로 불연속적으로 측정한다. 인간 신체 내의 자기장이 피부 표면에 대해 5-20 cm의 거리에서 검출되는 것으로 가정하면, 이 시스템은, 흡수와 용해가 식별되는 시간 뿐만 아니라 투여 형태의 특징적 설계를 검출함으로써, 결과 자기장을 이용하여 시그너쳐(signature)를 생성한다. 그러나, 사람이 평가 시스템과 함께 움직이는 경우 이러한 신호가 어떻게 얻어질 수 있는지에 관해서는 아무런 정보가 없으며, 투여 형태로부터 발생하지 않는 간섭 자기장이 동시에 측정된다면 평가가능한 신호가 어떻게 검출될 수 있는지에 관해서도 역시 아무런 정보가 없다.

미국 생리학 협회(American Physiological Society)의 마이클 호크(Michael Hocke), 얼리카 숀(Ulrike Schone) 등에 의한 2008년 12월 8일자의 "Every slow-wave impulse is associated with motor activity of the human stomach"이라는 제목의 논문에서는, 인간 위장 내의 작은 자성 마커(marker)의 움직임을 검출하는 시스템이 개시되어 있다. 환자는 반드시 평온하게 누워 있어야 하고, 9개의 자기장 센서를 포함하는 정지 시스템이 위치하게 된다. 마커에 분명하게 할당될 수 없는 간섭 자기장도, 소위 "인공물"도 없을 때, 측정이 실행될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 시스템의 도움으로, 일상 생활 중에, 투여된 자성체에 의해 유발되는 자기장에서의 작은 변화를 검출하는 것이다. 추가의 목적은, 측정된 신호를 얻기 위한 방법과 일상 생활 중에서 인간 유기체 내의 투여된 자성체를 검출하는 측정된 신호의 평가를 위한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 맥락에서, 주변으로부터의 간섭 자기장은 균일하지만, 시간에 경과에 따라 일정하지 않은 것으로 가정된다. 이것은 센서 어셈블리와 자성체가 주변 자기장에서 움직일 수 있기 때문이다. 또한, 자성체는 센서 어셈블리에 관해 이동되고 (삼킴, 위장에서의 위치 변경), 그 자기 속성은 미리정의된 시간 의존성과 함께 분해의 결과로서 변화한다. 또한, 주변의 자기장을 변화시키는 수 많은 물체들, 예를 들어, 차량, 금속 가구, 전력이 통과하는 도선 등이 생겨난다. 주변장, 예를 들어, 지구 자기장의 자기 플럭스 밀도는 약 35 μT이다. 본 발명의 맥락에서, 적어도 1 cm 거리에서의 테슬라(Tesla) 계측기의 보조에 의한 자기 플럭스 밀도의 측정이 가정된다.

자성체, 예를 들어, 수 밀리미터의 크기를 갖는 실린더 내에 압착된 마그네타이트(magnetite)는 본 발명의 맥락에서 관심대상이 되는 수 센터미터 내지 0.5 m의 길이 규모에서 수 100 nT의 자기 플럭스를 생성한다. 측정된 신호에서의 간섭 자기장의 보상이나 검출도 역시 검출 시스템의 이용가능성에 매우 중요하다.

놀랍게도, 이 목적은 적어도 2개의 센서 어셈블리를 포함하는 검출 시스템에 의해 달성되고, 여기서, 각각의 센서는 1, 2 또는 3개의 이방성 자기 저항 센서를 갖는다. 자기 저항 센서들의 약한 자화 축들은 쌍을 이루며 상이한 방향들을 가리키고, 각각의 센서 어셈블리는 센서 어셈블리 또는 다른 센서 어셈블리로부터 0.5 내지 50 cm의 간격을 갖는다. 적어도 2개의 센서 어셈블리가 서로에 대해 0 내지 45° 각도로 기울어져 있다.

따라서, 본 발명의 주제는, 적어도 2개의 센서 어셈블리를 갖는 인간 유기체 내의 자성체를 검출하는 검출 시스템이며, 여기서, 각각의 센서 어셈블리는 1, 2 또는 3개의 이방성 자기 저항 센서를 가지며,

센서 어셈블리의 약한 자화 축은 쌍을 이루며 상이한 방향들을 가리키고, 각각의 센서 어셈블리는 센서 어셈블리 또는 다른 센서 어셈블리로부터 0.5 내지 50 cm의 간격을 가지며, 적어도 2개의 센서 어셈블리는 서로에 대해 0 내지 45°의 각도로 기울어져 있다.

용어 "이방성 자기 저항 센서"는 본 발명의 맥락에서 "AMR 센서"라고 약칭된다.

본 발명이 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.

센서 어셈블리는, 스트랩(strap) 내에, 의복 내에, 보석이나 장신구 내에, 완장 내에, 예를 들어, 손목 시계에 통합되거나, 신체에 직접 고정되거나 흡입컵 또는 고정기구에 의해 휴대될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 검출 시스템은 스트랩에 의해 신체에 휴대될 수 있는데, 그 이유는 센서 어셈블리가 통합되어 들어갈 수 있는 스트랩이 제공되어 제3자의 도움없이 또는 도움하에 사람에게 착용되거나 사람에게 부착되기 때문이다. 이 스트랩은, 예를 들어, 그 착용자를 일상의 움직임에서 최소한으로만 제약하는 벨트일 수 있다. 스트랩은 유익하게도 결합된 흉부 및 어깨 스트랩일 수 있다. 특히 유익하게, 결합된 흉부 및 어깨 스트랩은 등산 스포츠에서 알려져 있는 스트랩 시스템일 수 있다. 결합된 흉부 및 어깨 스트랩은 착용시 그 착용자의 일상의 움직임 동안에 착용자를 제약하지 않으며, 센서 어셈블리를 식도와 소화관에 관해 높은 정밀도로 위치시키는 이점을 갖는다. 스트랩 시스템은 추가적으로 본 발명에 따른 검출 시스템의 센서 어셈블리들을 각각 정의된 거리와 그 약한 자화 축에서 정의된 각도로 특히 정확하게 유지하는 특별한 이점을 갖는다. 스트랩은 그 착용자에게 일상의 작업 동안, 특히 일할 때나 여가활동시에 완전한 이동성을 제공한다. 본 발명에 따른 검출 시스템은 또한 사람의 신체 부근에 또는 신체 상에 함께 휴대되는 임의의 물품 상에, 예를 들어, 휠체어, 워커, 요람, 긴 의자, 또는 목발에 고정되어, 또는 손목시계에, 완장에, 체인이나 장신구에 휴대될 수 있다.

본 발명에 따른 검출 시스템의 센서 어셈블리가 단 하나의 AMR 센서를 갖는다면, 이것은 또한 본 발명의 맥락에서 "단일-채널"이라 불린다; 3개의 AMR 센서의 경우, 그에 따라, "3-채널"이라 불린다. 센서 어셈블리가, 그의 용이하게 자화가능한 축들이 카테시안 좌표계의 좌표축 x, y, z처럼 배열된, 예를 들어, 3개의 AMR 센서를 갖는다면, 상기 센서 어셈블리의 벡터의 성분들은 x, y 및 z 방향에서 측정된 신호 S_x, S_y 및 S_z이다. 이들은 좌표축들의 방향에서의 자기 플럭스 밀도의 측정치이다.

센서 어셈블리의 약한 자화 축들은, 각각의 센서 어셈블리의 기점(origin)인, 가상 지점에서 만난다. 본 발명의 맥락 내에서 이들 기점들간의 거리, 또는, 3개 센서 어셈블리의 경우에는, 이들 기점들간의 쌍별 거리는 센서 어셈블리들간의 거리이거나 쌍별 거리이다.

제2 센서 어셈블리의 약한 자화 축들 각각은 좌표축들 x, y 및 z에 평행하게 또는 이에 대한 소정 각도로 놓여 있다. 본 발명의 맥락 내에서, 이 각도는 다음과 같이 정의된다: 각각의 센서 어셈블리의 약한 자화 축들 각각은 공간 각도의 가상 원뿔 쉘 상에 놓여 있다. 본 발명의 맥락 내에서, 본 발명에 따른 검출 시스템의 2개의 센서 어셈블리들이 서로에 관해 기울어진 각도는 센서 어셈블리들의 원뿔의 중심축들간의 각도이다.

검출 시스템이, 스트랩, 완장 또는 신체 부근의 물체에 휴대되면, 스트랩을 조정할 수 있는 정확도의 맥락 내에서, 각도는 센서 어셈블리들의 기점들과 위장 내로의 식도의 진입 지점에 의해 정의되는 평면 내에 있다. 이 물체가 등산 스포츠에서 알려진 스트랩 시스템이라면 특히 높은 정확도가 달성된다.

본 발명에 따른 검출 시스템이 2개의 센서 어셈블리를 갖는다면, 방향과 신호들은 연속적으로 넘버링된다. 따라서, 각각 방향들 x1, y1, z1 및 x2, y2, z2에서, 신호들 S_x1, S_y1 및 S_z1과 S_x2, S_y2 및 S_z2가 얻어지고, 이로부터 벡터 S ₁ 및 S ₂ 가 형성된다:

S ₁ = (S_x1, S_y1, S_z1), 및

S ₂ = (S_x2, S_y2, S_z2).

만일, 예를 들어, 본 발명에 따른 검출 시스템의 센서 어셈블리들이 단 하나의 AMR 센서이면, 즉, 방향 x1이면, 벡터 S ₁ 은 다음과 같이 간소화된다:

S ₁ = (S_x1, 0, 0).

본 발명에 따른 검출 시스템은 각 경우에 이들 벡터 성분들을 아주 정확히 측정하여, 착용자에 의한 센서의 움직임 동안에, 이들 벡터들의 크기 변동이 작거나 자성체에 의해 야기된 측정된 값들에서의 변화를 검출하는 정도까지 알려질 수 있는 방식으로 이들 벡터 성분들을 평가가능하게 한다는 이점을 갖는다. 따라서, 외부 간섭원의 영향이 검출되고 제거되거나 측정된 신호로부터 필터링 아웃될 수 있다.

|S ₁ | 및 |S ₂ |라 약칭되는 벡터들의 크기는 공지된 방식으로 계산된다:

|S ₁ | = (S_x1 ² + S_y1 ² + S_z1 ²)^1/2,

|S ₂ | = (S_x2 ² + S_y2 ² + S_z2 ²)^1/2.

센서 어셈블리들 사이의 거리가 짧다면, 동등한 측정된 값들은 균일한 자기장을 야기한다. 센서들 부근의 낮은 자기 유도를 갖는 자성체는, 센서로부터의 거리에 따라 신속하게 감쇠되는 그 자기장의 결과로서, 센서들로부터의 상이한 거리들에서 그 측정된 값들에 영향을 미친다. 그러나, 각각의 센서 어셈블리는 AMR 센서들로부터의 측정된 신호들로 구성된 벡터를 공급하므로, 본 발명에 따른 검출 시스템은 센서 어셈블리들에 대한 자성체의 근접이 측정된 벡터들간의 각도에 영향을 미친다는 이점을 갖는다. 자성체가 움직이면, 이 각도는 변한다.

측정 감도는 본 발명에 따른 검출 시스템의 유익한 실시예들에 의해 증가될 수 있다.

바람직하게는, 검출 시스템의 적어도 1개의, 바람직하게는 각각의 AMR 센서는 4개의 바버 폴 요소(barber pole element)들을 가지며, 이들은 함께 접속되어 휘트스톤 브릿지 또는 휘트스톤 브릿지 등가 회로를 형성한다. 그러면, 약한 자화 축은 개개의 바버 폴 요소들의 약한 자화 축들의 결과이다. 외부 자기장은, 이러한 휘트스톤 브릿지를, 예를 들어, 단 하나의 바버 폴 요소와 3개의 종래의 비-리액티브 저항을 갖는 저항 브릿지보다 훨씬 더 강하게 디튜닝(detune)한다. 따라서, 4개의 바버 폴 요소로 형성된 휘트스톤 브릿지의 감도는 증가된다.

전문가 집단에서, AMR 센서의 특성 곡선은, 강한 자기장에 의해, 이방성 재료의 도메인들이 변경 또는 변형되거나 물질 내의 그 벽(wall)이 변위되기 때문에, 변경될 수 있다고 알려져 있다. 이러한 효과는, 측정 이전에 한번, 바람직하게는 측정 동안에 수회, 특히 바람직하게는 측정 동안에 주기적으로 셋-리셋 스트랩을 통해 출력되는 적어도 하나의 셋 및/또는 리셋 펄스에 의해 중화될 수 있다. 주기적으로 출력된 셋 및/또는 리셋 펄스의 작용은 AMR 센서들의 최적 특성 곡선을 보장하는데 있다.

본 발명의 맥락 내에서는 "플립핑"이라 불리는 교대하는 셋 및 리셋 펄스는 각각의 펄스 이후에 측정된 신호들 사이의 차이를 형성함으로써 오프셋 에러의 제거를 허용한다. 또한, 예를 들어, AMR 센서의 가열 동안에 발생하는 열, 전기 및/또는 영향이 제거된다.

마찬가지로, 플립핑을 이용함으로써, 후속 증폭기의 동작점의 자동 조절이 가능해지고, 이것은 본 발명의 범위 내에서, "스위칭 피드백"이라 불린다. 마크/공간 비율(mark/space ratio) 외에도, 셋 및 리셋 펄스에 의한 포화 유도의 신뢰성있는 달성도 역시 중요하다.

도 1은 어느 플립핑이 가능하게 되는지에 따른 회로도이다. 차이를 형성할 때, 후속 증폭기에 대한 동작점이 반드시 조절되어야 한다. 매우 큰 제어 범위의 경우 이러한 조절에서의 부정확성은 신호의 비대칭적으로 설정된 제한이라는 결과로서 영향을 미친다.

또한, 본 발명에 따른 검출 시스템은 오프셋 스트랩(offset strap)을 가질 수 있다. 오프셋 스트랩을 통한 전류는, 예를 들어, 브릿지 회로 내에 중요한 요소로서 증폭기를 포함할 수 있는 구동기 회로에 의해 공급될 수 있다. 오프셋 스트랩은 반대 배향을 갖는 자기장을 생성함으로써 측정될 자기장 성분의 보상을 허용한다. 오프셋 스트랩이 없다면, 자기 플럭스 밀도의 측정 동안에, 센서 특성 곡선의 비선형성과, 추가로, AMR 센서들의 교차 감도(cross-sensitivity)가 고려되어야 한다. 교차 감도는 하나의 축 방향에서의 자기 플럭스 밀도의 높은 값과 이에 직교 배향된 AMR 센서로부터의 측정된 값의 작용에 있다.

그러나, 오프셋 스트랩이 있는 경우, 제어 루프 내의 센서의 브릿지 전압은 오프셋 스트랩 내에 전류를 공급함으로써 최소화된다. 오프셋 스트랩에서 브릿지 보상에 요구되는 전류는 측정된 자기장의 측정치이다. 그 결과, 측정은 항상, 감도와 선형성이 그들 최대값을 갖는 센서 특성 곡선의 동작점에서 이루어지고, 동시에, 교차 감도가 사라진다. 따라서 본 발명에 따른 검출 시스템은 임의의 일상 환경에 적합하다.

오프셋 스트랩은 "오프셋 스트랩 구동기"에 접속된다. 회로도가 도 2에 도시되어 있다.

일반적으로, 비선형성과 교차 감도는 캘리브레이션 동안에 검출될 수 있고 측정된 결과는 적절하게 보정될 수 있다. 그 결과, 최소한의 에너지 소비를 동반한 오프셋 스트랩을 작동하지 않는 동작도 역시 가능하다.

오프셋 스트랩 내로의 전류의 공급에 의해 반대 배향의 자기장을 생성함에 의한 측정될 자기장 성분의 보상에 대한 추가의 대안이 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 검출 시스템의 적어도 1개, 바람직하게는 모든 AMR 센서에는 대안적 회로가 탑재될 수 있다.

검출 시스템의 이 실시예에서, 센서로부터의 브릿지 전압은 부궤환 회로에서 셋 포인트 제로(set point zero)로 제어되지 않는다. 대신에, DA 변환기와 증폭기에 의해, 센서 브릿지의 특정한 제어 범위로부터 이탈되지 않는 방식으로 오프셋 스트랩 내에 한정된 전류가 공급된다.

본 발명에 따른 검출 시스템을 구현하는 추가의 가능한 방법에서, 센서 특성 곡선의 제어 범위는 다수의 세그먼트들로, 예를 들어, 8비트 해상도를 갖는 DA 변환기의 경우 256개 세그먼트들로 세분될 수 있다. 변화하는 자기장 강도에서 연속적 측정을 보장하기 위하여, 인접하는 세그먼트들의 충분한 중첩이 존재하도록 하는 방식으로 세그먼트들이 선택될 수 있다. 이들 세그먼트들 각각에는 AMR 센서의 최적 동작점 부근의 작은 제어 범위가 제공된다. 제어 범위에서의 감축은 특성 곡선의 교차 감도와 비선형성의 효과를 줄인다. 비선형성과 교차 감도의 완전한 보정이 불필요하게 된다. 그러나, 이 목적을 위해, 특성 곡선의 세그먼트화와 AD 변환기의 조합에 의해 측정의 개선된 진폭 해상도가 얻어진다.

이 목적을 위해, AMR 센서 측정 범위의 세그먼트들의 각각에 대해, 각 경우에 직선에 의한 근사화의 파라미터들이, 그들의 연관된 경사와 높이 섹션과 함께, 결정되어야 한다. 세그먼트들의 경사와 높이 섹션은 센서들의 캘리브레이션 데이터를 통해 제공된다. 본 발명에 따른 검출 시스템이 일상의 이용 동안에만, 예를 들어, 착용자의 일상적 움직임에 의해서만 움직인다면, 한정된 전류와 그에 따른 근사화가 지속적으로 추적된다.

움직임이 이루어지는 속도에 따라, 높은 스캔 레이트가 유익하므로, 지속적인 측정은 어떠한 과부하 없이 구현된다.

이러한 변형의 이점은, 적절하게 빠른 스캔의 경우, 오프셋 스트랩은 매우 작은 마크/공간 비율로만 동작해야 한다는 사실에 있다. 그 결과, 전력 수요와 센서의 고유 가열 및 이와 연관된 오프셋 문제점들이 급격하게 감소된다.

또한, 자기장 내에서의 연속적 측정에 필요한 측정 빈도로 고속의 AD 및 DA 변환기를 이용함으로써, 개개의 측정에 필요한 시간이 낮게 유지될 수 있다. 따라서, 측정된 값을 취득하는데 필요한 시간 동안에만 오프셋 스트랩을 작동하는 것이 가능하다. 예를 들어, 마크/공간 비율 0.1, 예를 들어, 1 ms의 측정 기간 및 연속 측정들 사이의 10 ms의 시간 간격과 더불어 오프셋 스트랩의 작동이 실행되면, 전력 손실이 감소된다. 그 결과, 열이 덜 발생하므로 측정된 신호의 드리프트가 감소되거나 심지어 억제된다.

2개의 센서 어셈블리를 갖는 본 발명에 따른 검출 시스템의 사용성을 위해, 식도는 20 내지 30 cm의 길이를 갖고 삼킨 물체가 5 내지 10초에 식도를 통과한다는 점에 유의해야 한다. 이것은 식도 통과 동안 2 내지 6 cm/s의 속도 범위를 야기하므로 대응적으로 검출 시스템에 대한 빠르게 변하는 신호를 야기한다. 따라서 유용한 신호의 주파수 범위는 외부 간섭 신호들 중 일부가 점유하는 주파수 범위와 일치한다. 본 발명의 맥락 내에서, "외부 간섭 신호"란, 착용자가 필연적으로 예를 들어 지구 자기장에서 또는 예를 들어 차량 등의 자성 물체 주변에서 움직일 수 밖에 없는 착용자를 둘러싸는 자기 플럭스에 의해 야기되는 신호를 말한다. 외부 간섭 신호 때문에, 자성 물체의 식도 통과와 다른 물체들로부터의 자기 플럭스를 구분하는 어떠한 능력도 예상되지 않는다. 특히, 선행 기술에 따른 측정된 신호의 필터링은 성공으로 이어지지 않는다.

외부 간섭을 배제한 한 가능한 방식은 서로 고정된 거리에 위치한 센서들의 자기상관과 교차상관 함수의 평가에 의해 제공된다. 교차상관은 이들 신호들 사이의 시간 변위의 함수로서 2개 신호의 상관을 기술한다. 자기상관의 경우, 신호의 그 자신과의 상관이 계산된다. 자기상관 함수는 항상 변위 0에서 최대치를 갖는다. 지연을 갖는 신호가 2개의 보통은 같은 센서들에 의해 픽업된다면, 보통은 같은 형상을 갖는 교차상관 함수의 최대치는 자기상관 함수의 최대치에 대하여 지연만큼 변위된다.

식도를 통과하는 갭슐의 식별을 위한 한 본질적인 전제조건은 센서 어셈블리가 신호의 시간-오프셋 성분을 검출할 수 있다는 것이다. 그러나, 나머지 문제는 주변 지구 자기장에서 센서 어셈블리의 움직임에 의해 야기되며, 본 발명에 따른 검출 시스템의 사용성에 대해 확실히 문제가 된다.

놀랍게도, 수 많은 물체들, 예를 들어, 차량, 금속 가구, 전력-수송 라인 등으로부터의 많은 자기 플럭스에도 불구하고, 인간 유기체 내의 자성체로부터 나오는 이러한 자기 플럭스는, 2개의 검출기들간의 거리가 2 내지 6 cm가 되도록 선택된다면 검출 시스템에 의해 명확하게 검출된다는 것을 발견했다. 센서 어셈블리들의 불균등한 위치에 의해, 인간 유기체 내의 자성체로부터 나오지 않는 외부 자기장이 검출된다. 센서 어셈블리들은 바람직하게는 식도 또는 흉골 및 위장에 관해 수직으로 또는 수평으로 고정된다. 도 4는 사용자가 착용한 결합된 흉부 및 어깨 스트랩에 3개의 센서 어셈블리를 갖는 본 발명에 따른 검출 시스템을 도시한다. 이 실시예에서, 식도 부근의 센서 어셈블리는 단일 채널을 갖는 반면, 다른 2개의 센서 어셈블리는 3개 채널로 구현된다. 식도 부근의 센서 어셈블리의 단독의 단일 채널은 본 발명에 따른 검출 시스템의 구성을 간소화하고 전력 요구를 감소시킨다. 또한, 단일-채널 실시예는, 자성체가 구형으로 대칭적으로 설계되어야만 하는 것은 아니고, 예를 들어, 원통형으로 대칭적으로 설계될 수도 있고, 이 자성체에 의해 생성된 자기장은 식도 통과 동안에 회전하지 않고 단일-채널 센서 어셈블리에 상대적으로 움직일 가능성을 이용한다.

또한, 슬라이딩 평균(sliding average)의 감산에 의해 간섭하는 주변 자기장의 부분을 제거하고 센서 어셈블리들 사이의 거리가 2 cm가 되도록 선택하는 것이 유익할 수 있다. 필터링된 신호를 이용함으로써, 그 자기상관 및 교차상관 함수가 계산될 수 있다. 최대치들의 위치와 진폭 사이의 차이를 이용함으로써, 자성체의 통과가 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 검출 시스템이 2 또는 3개의 센서 어셈블리를 갖는다면, 이것은 위장 내의 자성체를 검출하는데 이용될 수 있다.

자성체의 느린 분해는 그 자기 플럭스 밀도의 약화로 이어진다. 착용자의 움직임, 및 예를 들어, 연동 운동의 결과로서의 자성체의 위치 변경은 측정된 값의 변동을 야기한다. 일반적으로, 연동 운동 및 자성체의 중첩된 움직임 패턴에 관한 어떠한 설명도 가능하지 않지만, 3개의 센서 어셈블리를 갖는 검출 시스템은 성공으로 이어진다. 신호 처리를 위한 수단으로서 저역-통과 필터링을 이 검출 시스템에 탑재하는 것이 더 유익하다.

본 발명에 따른 검출 시스템의 자성체는, 경구 섭취, 특히 사람이 삼킴으로써 투여될 수 있도록 하는 방식으로 구현될 수 있다. 이 자성체의 구성도 역시 본 발명의 맥락 내에서 "경구 투여 형태"라 불릴 것이다. 이것은 캡슐이거나 기능을 갖는 캡슐일 수 있고, 여기서, 기능은 진단 및/또는 약리학적 형태로부터 선택된다. 캡슐은 또한 바람직하게는, 종방향으로 식도를 통과하는 태블릿일 수 있다. 투여 형태는, 적어도 1개의 자기 성분, 바람직하게는, 상자성, 초 상자성, 페리 자성 및/또는 강자성 성분, 바람직하게는 마그네타이트를 함유하는 적어도 1개의 코어 및/또는 쉘을 갖는다. 자기 성분은, 자기적으로 배향가능한 또는 자화가능한 입자들, 바람직하게 마그네타이트 (Fe₃O₄) 또는 마그헤마이트 (Fe₂O₃)를 가질 수 있다. 마그네타이트 및 마그헤마이트는 독성학적 및 약리학적으로 무해한 것으로 여겨지며, 특히, 식품 또는 약리학적 형태의 비독성 불용성 색소로서 이용된다.

선택사항으로서, 페라이트 MnFe₂O₄ 또는 MgFe₂O₄ 등의 다른 자기적으로 배향가능한 입자들도 역시 적합할 수 있다. 자성체의 자성부는, 자기적으로 배향가능한 또는 자화가능한 입자의 0.05 내지 80 mg의 범위, 바람직하게는 2 내지 70, 바람직하게는 4 내지 60, 특히 6 내지 50 mg의 범위에 놓여 있을 수 있다. 자기적으로 배향가능한 입자들의 평균 입자 크기는, 예를 들어, 1 nm 내지 1 mm, 바람직하게는 100 nm 내지 100 ㎛ 범위에 놓여 있을 수 있다.

경구 투여 형태는 마찬가지로, 바람직하게는 캡슐, 태블릿, 소형 막대, 코팅된 태블릿, 용융된 압출물 또는 병합된 자성 필름을 갖는 물체일 수 있다.

따라서, 센서 어셈블리가 투여 형태의 주축에 관해 직교 배향되는 본 발명에 따른 검출 시스템은 상기 투여 형태의 통과 동안에 측정된 값에서의 뚜렷한 변화를 검출한다.

적어도 2개의 센서 어셈블리로부터 측정된 신호들이 놓여 있는 시간 스케일 및 공간 스케일은, 경구 투여 형태가 본 발명에 따른 검출 시스템을 통과하는 속도에 의해, 및 센서 어셈블리들의 간격 또는 쌍별 간격에 의해 주어진다. 이미 앞서 언급된 바와 같이, 많은 자기 플럭스 밀도들이 중첩되고 관심대상의 실제의 자기 플럭스 밀도는 시간 및 공간에 관해 불균일하지만, 이것은 본 발명에 따른 검출 시스템에 의해 신뢰성있게 검출될 수 있다는 것을 알았다.

따라서, 본 발명의 주제는 마찬가지로 하기와 같은 단계들을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 검출 시스템에 의해 인간 유기체 내의 자성체에 의해 생성된 자기 플럭스 밀도를 검출하는 방법이다:

(a) 적어도 1회, 셋 및 리셋 펄스가 각각의 이방성 자기 저항 센서에 접속되고,

(b) 각각의 이방성 자기 저항 센서 (AMR) 센서로부터의 신호들이 적절한 신호 조정을 통해 및 적어도 1개의 저역 통과 필터를 통해 증폭된 다음,

(c) 각각의 센서 어셈블리로부터의 자기 플럭스 밀도들의 벡터들의 크기들 사이의 차이가 측정되고, 및/또는 벡터들 사이의 각도 Φ가 AMR 센서들로부터의 측정된 신호들로부터 계산된다.

이 방법은 측정된 값들의 검출 동안에 동적 간섭을 줄이는 이점을 갖는다. 구체적으로는, 오프셋 값의 측정 동안에, 예를 들어, 고속 운전 차량에 의해 자기장이 외부 영향에 의해 왜곡되면, 당업자는 왜곡된 오프셋 값을 얻을 것이다. 추가의 왜곡 위험은, 당업자에게, 이용되는 필터들의 일시적 및 감쇠 거동의 결과로서 알려져 있다. 그러나, 이들 효과들은 본 발명에 따른 방법에 의해 감소된다는 것을 알았다.

단계 (a)에서, 셋 및 리셋 펄스들이 교대로 인가되고, 이것은 이들 펄스들이 주기적으로 인가된다는 것을 동등하게 의미한다. 이들은 각각의 경우에 포화 자화가 달성되는 전류 펄스 밀도로 출력되어야 하므로, 특성 곡선의 경사가 제어된다. 전류 펄스 밀도는, 컴포넌트에 따라, 당업자에게 공지된 방식으로 변동한다.

단계 (b)에서, 신호에서의 과부하 또는 파상을 억제하기 위해 바람직하게는 가우스(Gauss) 필터 또는 베셀(Bessel) 필터가 사용될 수 있다. 신호에서 빠른 변화와 느린 변화를 분리하기 위하여, 신호 조정의 바람직한 타입은 당업자에게 공지된 대역 통과 필터이다. 16.7 Hz의 주파수, 예를 들어, 대전된 레일 동작의 경우에는, 50 Hz인 메인 주파수를 갖는 주기적 전자기 간섭은, 데이터 취득 동안에 샘플링 레이트와 60 ms 또는 그 배수의 통합 시간을 선택함으로써 억제될 수 있다. 통합 시간은, 상이한 주파수들의 주기적 간섭의 경우에는, 그에 따라 정합되어야 한다.

16 내지 50 Hz의 주파수 범위로부터의 전자기 간섭 복사를 필터링 아웃하기 위하여, 통합 상수가 적어도 60 ms인 2개 구조가 선호된다. 바람직하게는, 이런 방식으로 샘플링 주파수들이 상이한 주기적으로 발생하는 간섭 소스들에 정합된다.

단계 (c)에서 x, y, 및 z 방향에서의 자기 플럭스 밀도의 측정은 AMR 센서들의 휘트스톤 브릿지의 디튜닝으로부터의 각 방향에서의 전압 강하이다. 당업자라면, 2개 센서 어셈블리로부터의 벡터들간의 차이 Δ₀는,

Δ₀ = S₁ - S₂라고 추정할 것이고,

균일 자기 플럭스 밀도 부분들은 간단히 상쇄된다. 따라서, 공간에서 거의 변하지 않는 간섭 외부 자기장의 영향이 보상될 것이고, 착용자 내의 자성체로부터의 자기장만이 실질적으로 남을 것이다. 그러나, 2개의 센서 어셈블리들은, 서로에 대해, 각도 0°와 동등하게, 기울지지 않아야 하거나 약간만 기울어져야 한다. 그러나, Δ₀ 대신에 스칼라 값 Δ가 형성된다면, 공간 및 시간에서의 이벤트 오프셋의 자기 플럭스 밀도들은 놀랍게도 더 큰 각도에서도 검출된다:

Δ = |S₁| - |S₂|

이것은 본 발명에 따른 검출 시스템의 스트랩 내의 센서 어셈블리들의 탑재를 간소화하며, 또한, 착용자의 상이한 부분들에 대한 센서 어셈블리들의 위치에서의 지루한 적합화를 절감한다. 시간의 함수로서의 값 Δ의 그라프에서, 특성 라인 형태들이 검출되고, 예를 들어, 자성체의 삼킴, 식도를 통한 자성체의 통과, 그에 따라, 센서 어셈블리들의 통과, 및 소화 동안의 연동 운동으로 인한 센서 어셈블리들의 움직임에 할당된다.

이 할당을 수행할 수 있기 위하여, 측정된 신호의 필터링으로는 충분하지 않다. 선행 기술에서도, 서로 고정된 거리에 위치한 센서들의 자기상관 및 교차상관의 평가에 의해 외부 간섭을 배제하는 한 가능한 방법을 알지만, 지연을 갖는 신호가 2개의 보통은 동등한 센서들에 의해 픽업된다면, 보통은 동등한 형상을 갖는 교차상관의 최대치는 자기상관 함수의 최대치에 대하여 지연만큼 변위된다. 센서 신호들의 자기상관 및 교차상관 사이의 시간 오프셋이 이제 검출될 수 있기 위하여, 경구 투여 형태에 의해 야기된 신호의 부분은 외부 자기장에 의해 가려져서는 안 된다. 그러나, 이 목적을 위하여, 외부 간섭이 크게 제거되어야 한다. 이 목적을 위해, 예를 들어, 현재의 신호와 평균 사이의 차이의 형성이 이용된다. 이 평균은 현재의 상황에 정합되어야 하고, 예를 들어, 소위 "이동 평균(moving average)"으로서 얻어져야 한다. 그러나, 이것은, 경구 투여 형태의 소화 동안에, 피험자는 큰 진폭의 빠른 회전 운동도 병진 운동도 완료하지 않는다는 것을 의미한다. 이렇게 해야만 비로소 선행 기술에 따른 센서들이 충분한 신호 분리를 보장한다.

물론, 샘플링 레이트도 역시 증가될 수 있어서, 어떠한 과부하도 없이 지속적인 측정이 구현될 것이다. 예를 들어, 자성체의 삼킴 및/또는 분해 동안 등의 관심대상의 복잡한 이벤트의 경우에만 높은 샘플링 레이트를 설정함으로써, 증가되는 에너지 요구의 단점을 적어도 부분적으로 보상하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 관심대상의 복잡한 이벤트들은 시스템에 의해 검출되어야 한다. 본 발명에 따른 검출 시스템은, 구체적으로는 정확한 섭취 시간의 등록을 이용함으로써 관심 대상의 복잡한 이벤트들이 검출되는 유익한 실시예를 갖는다. 이 실시예는 이하에서 더 설명될 것이다. 그러나, 선행 기술에 따른 해결책에서, 경구 투여 형태와 상관되지 않는 큰 진폭의 빠른 회전 및/또는 병진 운동이 측정된 신호에서 지속적으로 보인다는 추가의 문제가 있다.

놀랍게도, 방법의 단계 (c)에서의 공식 I에 따른 측정된 신호 벡터들이 이루는 각도 Φ의 대안적 계산은,

I Φ = arccos(S1·S2 / |S₁||S₂|)

이 문제를 피한다. 착용자의 빠른 움직임 및/또는 간섭 자기장의 빠른 외부 자기 플럭스 변화는, 측정된 신호 벡터들의 서로에 관한 상대적 배향에 관해 캐리어 유기체 내의 자성체의 움직임보다 덜 중요하게 영향을 미친다는 것을 발견했다. 이것은, 측정된 신호 벡터들 양쪽 모두, 또는 3개 센서 어셈블리의 경우, 3개의 측정된 신호 벡터를 적어도 거의 동일한 방향으로 편향시키는 외부 자기 플럭스 변화에 대한 소스에 의해 설명된다. 그 크기는 아마도 상당히 상이하게 변할 수 있지만, 각 경우에 2개 쌍의 측정된 신호 벡터들 사이의 각도는, 시간에 기초해, 거의 동일하게 머물러야 한다. 이것은 거의 균일성 또는 불균일성을 유지하는 추가 제거되는 소스들로부터의 주변 자기장과 등가이다. 그에 따라 공식 I는, 그들의 시간 거동에 관계없이, 추가 제거되는 소스들로부터의 자기 플럭스를 허용한다.

본 발명에 따른 방법의 수행 동안의 상황이 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 표시 기호들은 다음과 같은 것을 의미한다:

B 간섭 자기 플럭스의 필드 라인

S₁, S₂ 벡터 S₁ = (S_x1, S_y1, S_z1)이고 S₂ = (S_x2, S_y2, S_z2)

Φ 공식 I에 따른 측정된 신호 벡터들이 이루는 각도

간섭 자기 플럭스의 소스들은 자성체 또는 경구 투여 형태보다 물리적으로 더 제거된다는 가정하에, 벡터 S₁과 S₂ 사이의 각도는 시간에 관해 거의 일정하다. 최상의 경우에, 즉, 균일 자기장에서, 이 각도는 지속적으로 사라진다. 그러나, 간섭 자기장은 종종 실질적으로 균일하다는 것이 발견되었다. 각도 Φ의 측정 동안의 한 이점은, 개개의 AMR 센서 또는 모든 AMR 센서들이나 센서 어셈블리들의 서로에 관한 기울어짐의 잘못된 배향이, 이 잘못된 배향이 시간에 관해 일정하다면, 중요하지 않다는 것이다. 이러한 에러는, 하기와 동등한, Φ/t 그라프의 유의미하지 않은 오프셋에서 자명해진다.

시간 t에 대하여, Φ = const.

본 발명에 따른 방법에서, 단계 (b)에서, 0.1 - 0.99 mHz, 1 mHz - 0.99 Hz, 1 Hz - 9.99 Hz, 10 Hz - 1 kHz의 차단 주파수를 갖는 적어도 1개의 저역 통과 필터, 또는 적어도 2개의 상이한 차단 주파수들을 갖는 저역 통과 필터들의 조합을 이용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 측정된 신호에서, 예를 들어, 전기 기구로부터의 노이즈 및/또는 빠르게 변하는 간섭 자기장을 억제하기 위하여, 필터링을 검출될 프로세스에 적합하게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법에서, 단계 (c)에서 얻어진 측정된 신호 또는 각각의 AMR 센서의 크기는 중간값 필터(median filter)에 의해 필터링될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에서, 단계 (c)의 수행 동안에, 얻어지는 변수 Δ 및/또는 Φ는, 본 발명에 따른 검출 시스템에 탑재될 수 있는 당업자에게 공지된 데이터 로거(data logger) 또는 또 다른 적절한 장치에 의해 시간의 함수로서 기록될 수 있다. 이 기록은, 예를 들어, 착용자의 체내의 자성체의 섭취, 통과 및/또는 분해 동안에, 지속적으로 실행될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 에너지를 절감하기 위하여 불연속적으로 실행될 수도 있다.

많은 일상의 간섭 자기장 소스들은 Δ/t 또는 Φ/t 그라프에서 특성 라인 형태를 생성한다. 따라서, 예를 들어, 고속으로 이동하는 자동차, 전기 스위칭 동작, 스파크에 의해 야기되는 전자기 간섭 및 전기 모터로부터의 확률적으로 주기적인 간섭(stochastically periodic interference) 및/또는 브러시 스파킹이 그라프에서 검출될 수 있고, 당업자에 의해 공지된 소프트웨어에 의해 라인 형태에 대한 그 기여분을 보상하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법은, 자성체가 이미 위장 내에 위치해 있고 그 곳에서 분해되는 때에도 역시 유익하게 이용될 수 있다. 자성체는 또한 장이나 결장에서도 분해될 수 있다. 이들 경우에, 0.1 내지 1 mHz 범위의 디지털 필터링이 선호된다. 삼킴 동작이 검출되면, 1 mHz-0.99 Hz 범위의 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터가 선호된다. 또한, 자성체, 특히 경구 투여 형태의 기하학적 구조에 맞게 필터의 선택 및/또는 차단 주파수를 적합하게 하는 것이 유익할 수 있다. 경구 투여 형태, 예를 들어, 캡슐 (도 10)이 분해되는 시간은, 0.5-30분의 범위에, 바람직하게는 0.5-20분의 범위에, 더욱 바람직하게는 0.5-5 분의 범위에 있다. 인간 신체에서 이러한 오래-지속되는 프로세스들이 측정된다면, 신호는 바람직하게는 "지수적으로 평활화"될 수 있다. 이를 위한 수학적 프로시져는 당업자에게 공지되어 있다. 바람직한 평활화 상수 α는 0.10 내지 0.40의 범위에 있다; 특히 바람직하게는 α는 거의 0.25이거나 이와 동등하다.

본 발명에 따른 검출 시스템의 투여 형태의 자성체는, 층, 페이즈, 및/또는 도메인일 수 있는, 서브유닛을 갖는다. 자기 플럭스를 생성하는 서브유닛은, 입자, 광택처리된 및/또는 캡슐화된 마이크로 및/또는 미니 자석일 수 있는, 비활성의 결정 입자를 갖는다. 마이크로 및/또는 미니 자석은 바람직하게는 원통, 쉘 및/또는 구의 형태를 갖는다.

마이크로 또는 미니 자석의 바람직한 치수는 0.1 내지 1 ㎛, 1 내지 10 ㎛, 10 내지 100 ㎛, 100 ㎛ 내지 1 mm, 및/또는 1 mm 내지 10 mm이다. 마이크로 또는 미니 자석은, 자성 입자, 바람직하게는, 마그네타이트 및/또는 인간 유기체와 대사 작용을 하지 않는 자성 물질을 갖는다. 또한, 자성 입자는, 미세 구조의 고분자 복합 재료 및/또는 부분적으로 결정질, 다형성(polymorphic), 소결, 분말 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 자기 입자는 추가로 상업적으로 흔한 성분들을 가질 수 있고, 바람직하게는 이런 성분들에 의해 코팅되며, 예를 들어, 덱스트란 입자에 의해, 또는 분자 코팅을 위한 기타의 성분들에 의해, 예를 들어, 사이클로덱스트린에 의해, 또는 과립 또는 펠릿 방법에 의해 얻어지는 성분들에 의해 코팅된다. 마이크로 또는 미니 자석은 캡슐화되거나 이에 의해 코팅된다면, 마이크로 또는 미니 자석의 계통적 흡수가 본질적으로 방지된다. 바람직하게는, 위산에 의한 마이크로 또는 미니 자석의 분해는 이들에 의해 느려지고 및/또는 분해의 시작은 지연된다. 자기 플럭스가 약화되어 사라질 때까지의 점진적 분해와 함께, 이것은 본 발명의 방법에 따른 본 발명에 따른 검출 시스템에 등록된다. 도 5a 내지 도 5c는, 각각 1개의 (도 5a), 2개의 (도 5b), 및 3개의 (도 5c) 미니 자석 (m)을 탑재한, 구체적으로는 캡슐 형태의 자성체의 바람직한 실시예를 도시한다.

자성체는 바람직하게는 경구 투여 형태 생성 분야의 당업자에게 공지된 생약 방법에 의해, 예를 들어, GMP-가능 생성 방법, 바람직하게는 소위 고전단 혼합기에 의한 과립제 생성을 위한 방법, 또는 유동층 과립화기에서, 또는 롤러 분쇄기, 압출기, 구형화기(spheronizator) 또는 고온-용융 처리에 의해 생성된다. 당업자에게 공지된 펠릿화, 압출 및 구형화, 회전 과립 또는 분말 레이어링에 의한 소위 펠릿의 생성도 역시 선호된다. 또한, 자성체는, 분말 및 다형성(polymorphic) 물질로부터 응축된, 부분적으로 결정질의, 압축된, 코팅된, 및/또는 태블릿화된 재료로부터의 마이크로 태블릿의 형태로 생성될 수 있다. 경구 투여 형태는 또한, 당업자에게 공지된 작은 봉투, 소위 사쉐(sachet)로 생성될 수도 있다.

또한, 예를 들어, 자기 성분이 하나 이상의 필름의 형태를 갖는 더 복잡한 형태의 자성체도 생각해 볼 수 있다. 본 발명에 따른 검출 시스템의 자성체는 상기 언급된 방법들 중 임의의 원하는 조합으로 얻어질 수 있다. 이들은 또한, 다입자 시스템, 다층 시스템, 코어-쉘 시스템 및/또는 공동-블록 시스템일 수 있다.

경구 투여 형태는 적어도 1개의 자기 페이즈(magnetic phase)를 갖는 임의의 원하는 형태를 가질 수 있으며, "자기 페이즈"란, 자기 플럭스를 야기하는 자성체에서 물리적으로 구분된 물체(body)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 자성체는 본 발명에 방법에 따라 검출된다. 경구 투여 형태는, 인간 신체 내로의 섭취에 후속하여, 한정된 기간에 분해된다. 예를 들어, 2, 3, 4 또는 5개의 자기 페이즈가 포함되는 경우, 이들 기간들은 상이한 길이, 바람직하게는, 쌍을 이루며 상이한 길이들을 가질 수 있다. 기간들의 상이한 길이들은, 예를 들어, 중합체 필름으로 코팅된 자성 물질에 의해 달성될 수 있다.

경구 투여 형태가 캡슐이라면, 예를 들어 캡슐의 절반은 자성 물질로 채워질 수 있다. 또한, 태블릿으로 압착된 자성 물질은 캡슐 내에 넣을 수 있다. 자기 페이즈는, 바람직하게는, 위산에 저항성 있고 경구 투여 형태의 외형과 일치하거나 이와 상이한 외피에 의해 둘러싸일 수 있다. "코팅" 또는 "매트릭스 구조"라 불리는 이러한 느리게 분해되는 외피의 기능은 당업자에게 공지되어 있다. 외피의 분해와 시작과 더불어, 자성 물질이 외피의 분해에 영향을 미치는 또는 영향을 미친 매체와 접촉하자마자 자성 물질의 분해도 명백하게 시작된다. 자성 물질의 분해와 더불어, 자기 플럭스를 야기하는 전자 스핀의 집합적 배열이 소실되고, 집합적 자기 배열의 소멸과 더불어, 자기 플럭스는 측정 불능 또는 소멸정도로 약화된다.

느리게 분해하는 외피 또는 캡슐화 재료는 필름-형성 중합체로부터 선택될 수 있다. 이들은, 예를 들어, 메틸 메타크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트의 공중합체, 메틸 메타크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트 및 메틸 아크릴산의 공중합체, 메틸 메타크릴레이트 및 메틸 메타크릴레이트 및 메타크릴산의 공중합체, 및 메틸 메타크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트 및 트리메틸암모늄 에틸 메타크릴레이트의 공중합체일 수 있다.

타입 유드라짓(EUDRAGIT)^® E100, 유드라짓^® E PO, 유드라짓^® L100, 유드라짓^® L100-55, 유드라짓^® S, 유드라짓^® FS, 유드라짓^® RS or 유드라짓^® RL, 유드라짓^® NE 또는 유드라짓^® NM의 공중합체들이 특히 적합하다.

폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 알콜-폴리에틸렌 글리콜 그라프트 공중합체 (콜리코트(Kollicoat)^®), 전분 및 그 유도체, 폴리비닐 아세테이트 프탈레이트 (PVAP, 코아테릭(Coateric)^®), 폴리비닐 아세테이트 (PVAc, 콜리코트), 아세트산 비닐-비닐 피롤리돈 공중합체(Kollidon^® VA64), 비닐 아세테이트 : 크로톤산 공중합체, 1000 (g/mol) 이상의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜, 키토산, 20-40% 중량비의 메틸 마테크릴레이트와 60 내지 80% 중량비의 유드라짓^® S이라 알려진 메타크릴산으로 구성된 (메트)아크릴레이트 공중합체, 가교 및/또는 비-가교 폴리아크릴산, 합성물에 기초한 스마트실(Smartseal)®이라 알려진 균열 봉합제, 알긴산 및/또는 펙틴 염, 예를 들면, 음이온 카르복시메틸 셀룰로스 및 그 염 (CMC, NA-CMC, CA-CMC, 블라노스(Blanose), 티로풀(Tylopur)) 등의 셀룰로스, 카르복시메틸 에틸 셀룰로스 (CMEC, 듀오드셀(Duodcell)^®), 히드록시에틸 셀룰로스 (HEC, 클루셀(Klucel)), 히드록시프로필 셀룰로스 (HPC), 히드록시 프로필 메틸 셀룰로스 (HPMC, 파마코트(Pharmacoat), 메토셀(Methocel), 세피필름(Sepifilm), 비스콘트란(Viscontran), 오파드리(Opadry)), 히드록시 에틸 셀룰로스 (HEMC), 에틸 셀룰로스 (EC, 에토셀(Ethocel)^®, 아쿠아코트(Aquacoat)^®, 슈릴리즈(Surelease)^®), 메틸 셀룰로스 (MC, 비스콘트란(Viscontran), 틸로풀, 메토셀), 셀룰로스 에스테르, 셀룰로스 글리콜레이트, 셀룰로스 아세테이트 프탈레이트 (CAP, 셀룰로시 아세타스(Cellulosi acetas) PhEur, 셀룰로스 아세테이트 프탈레이트, NF, 아쿠아테릭(Aquateric)^®), 셀룰로스 아세테이트 숙시네이트 (CAS), 셀룰로스 아세테이트 트리멜리에이트 (CAT), 히드록시 프로필 메틸 셀룰로스 프탈레이트 (HPMCP, HP50, HP55), 히드록시 프로필 메틸 셀룰로스 아세테이트 숙시네이트 (HPMCAS-LF, MF-,-HF), 및 앞서 언급된 중합체들의 혼합물도 역시 적합하다.

필름-형성 중합체 외에도, 필름-형성 중합체가 아닌 추가의 약제학적으로 일반적인 보조제가 공지된 방식으로 배합 보조로서 이용되거나 추가로 포함될 수 있다. 여기서, 안정화제, 착색제, 항산화제, 습윤제, 안료, 광택제 등이 예로서 열거될 수 있다. 이들은 주로 처리 보조제로서 이용되고 신뢰성 있고 재현가능한 생성 방법 및 양호한 장기 보존 안정성을 보장하기 위함이다. 추가의 약제학적으로 일반적인 보조제가, 필름-형성 중합체에 기초하여, 0.001 내지 30, 바람직하게는 중량비 0.1 내지 10%의 양으로 존재할 수 있다. 마찬가지로, 태블릿, 캡슐 또는 약리학적 형태를 위해 당업자에게 공지된 첨가제가 이용될 수 있다.

경구 투여 형태는 또한, 자기 페이즈이고, 인간 유기체 내에서 외부로부터 내부로 순서대로 분해되어 코어 또는 코어들이 자기 플럭스를 최장으로 유지하게 하는 적어도 1개의 쉘과 적어도 1개의 코어를 가질 수 있다.

예를 들어, 투여 형태는, 납작한 태블릿 형태의 코어를 가질 수 있고, 태블릿의 납작한 측면들은 자기 페이즈이며, 추가의 물질에 단단하게 접속되고, 예를 들어, 화학적 또는 기계적으로 고정되거나 퓨징되고, 인간 유기체에 공급되기 위한 것이다. 이 물질은, 예를 들어, 활성 물질, 약물 또는 일반적으로 생리학적 활성 물질일 수 있고, 자기 셸의 내부에 존재할 수 있다. 자기 페이즈는 다양한 두께를 갖거나 추가의 재료에 의해 다양한 방식으로 전체적으로 또는 부분적으로 코팅되어, 자기 페이즈들이 상이한 길이의 시구간들 내에서 분해될 수 있게 한다. 이들 시구간들은, 투여 형태가 인간 유기체 내에서 수송되는 동안 자기 페이즈들이 분해되도록 선택될 수 있으므로, 각각의 자기 페이즈는 인간 유기체 내의 상이한 장소에서 분해된다. 예를 들어, 시구간은 짧게 선택되어, 결과적으로 자성면들 중 하나가 식도의 통과 동안에 일찍 분해된다.

추가의 바람직한 실시예에서, 경구 투여 형태는 적어도 3개의 구성부를 가질 수 있고, 그 중 적어도 1개, 바람직하게는 각각의 구성부는 자기 페이즈를 에워싼다.

또한, 경구 투여 형태는, 적어도 1개의 페이즈는 생리학적 활성 물질을 가질 수 있고 다른 페이즈들은 아무런 생리학적 활성 물질도 포함하지 않는 적어도 3개 페이즈를 가질 수 있지만, 하나의 또는 각 경우에 하나의 자기 페이즈를 가질 수 있다. 이러한 투여 형태는 더욱 간단하게 생성될 수 있다.

마찬가지로 경구 투여 형태는 바람직하게는 그 외곽 표면에 또는 외곽 표면 상에 자기 페이즈를 가질 수 있다. 이러한 투여 형태가 섭취되면, 자기 페이즈가 먼저 분해된다. 그 이후에야 비로소 투여 형태의 나머지 구성부들이 인간 유기체와 접촉하게 된다. 이 실시예는 본 발명에 따른 검출 시스템은 정확한 섭취 시간을 등록할 수 있다는 이점을 갖지만, 이것이 유일한 이점은 아니다. 정확한 섭취 시간은, 예를 들어, 측정된 신호 벡터 차이의 시간 미분 ∂Δ/∂t에서의 피크에 의해, 및/또는 앞서 정의된 값보다 위에 있는 ∂Φ/∂t의 크기에서의 갑작스런 상승으로 검출될 수 있다. 본 발명의 맥락 내에서, 이러한 시간은 변화하는 자기장의 검출과 그에 따른 식도 통과의 검출과 동등하다.

본 발명에 따른 검출 시스템에 변수 Δ 및/또는 Φ를 시간의 함수로서 기록하기 위한 장치가 탑재된다면, "식도 통과 검출됨"으로 표시된 식도의 검출이 논리적으로 긍정적이다. 이것과 후속하는 논리 상태의 처리가 도 6에 개략적으로 도시되어 있다.

반면, 섭취 시간이 알려지면, 다양한 시간에 존재하고 단계 (b) 및/또는 (c)에서 완전히 마스킹되거나 제거될 수 없는 다양한 외부 자기 플럭스 또는 자기 플럭스 변화는, 그럼에도 불구하고, 그라프에 대한 각각의 특성으로서 이용되는 섭취 시간에 후속하는 투여 형태의 자기 플럭스에 의해 Δ/t 또는 Φ/t 그라프에서 각각 생성된 라인 형태에 의해, 간섭 자기 플럭스로 도시된다는 것이 본 투여 형태의 추가 이점인 것을 알 수 있다. 이것은, 투여 형태의 첫 회 섭취 직후에, 라인 형태는 시구간 0 내지 10s 동안에, 바람직하게는 0 내지 5s 동안에 도표화되고 및/또는 적절한 수학 함수에 의해 근사화된다는 점에서 발생될 수 있다. 각각의 알려진 시간에서 각각의 추가 섭취 직후에, 검출된 라인 형태는 도표화되거나 근사화된 라인 형태와 비교될 수 있다. 본 발명의 맥락 내에서, 이러한 비교는 "데이터 기록 및 데이터 비교"라고 표시된다. 검출된 라인 형태가 도표화된 및/또는 근사화된 형태에서 투여 형태의 첫 번째 섭취 동안의 라인 형태와 일치한다면, "패턴 알려짐"으로 표시된 이러한 발견은 논리적으로 긍정적이다. 논리값들 "식도 통과 검출됨"과 "패턴 알려짐"이 긍정적이면, 본 발명의 방법에 따른 검출이 수행될 수 있는데, 그 이유는 변화하는 자기장에 의해 측정되는 것이 "패턴 검출됨"이기 때문이다. 그러나, 투여 형태의 통과와 신체 내에서의 투여 형태의 분해를 야기하는 추가의 자기 플럭스 변화는, 상이한 환경에도 불구하고 다양한 섭취 시간 동안에 검출된다. 이것은 결과적으로 본 발명에 따른 검출 시스템의 이동성의 추가 이점으로 이어져, 외부 자기 플럭스의 위치나 강도에 사실상 독립적인데, 그 이유는 본 발명에 따른 방법은 지금도 다양한 미지의 외부 간섭 영향들을 구분하기 때문이다. 2개의 논리 상태들 중 적어도 하나가 부정적이면, 검출은 회피될 수 있고, 본 발명에 따른 검출 시스템은 스위칭 오프되고 및/또는 시스템의 이용과 정합되는 추가의 메시지가 생성될 수 있다.

따라서 본 발명의 주제는, 삼킨 경구 투여 형태를 검출하고 소화관 내에서의 자성, 바람직하게는 강자성 성분의 분해 시간 또는 시간들을 측정하기 위한 본 발명에 따른 검출 시스템의 이용이다. 이점은, 이 성분이 분해되는 시간에, 또는 그 이전의 정의된 시간에, 자성체, 일반적으로는 경구 투여 형태도 마찬가지로 분해되거나 분해되어야 하므로, 그 내부에 포함된 물질이 자유로와질 수 있다는 사실에 있다. 따라서 분해의 검출은, 활성 물질이 인간 유기체의 특정 부분에 도달하는 때에 대한 시간 마커가 될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 이용 동안에, 위장, 대장, 소장 및/또는 결장 내의 자성의, 바람직하게는 강자성의 성분의 분해가 측정될 수 있다. 본 발명에 따른 이용의 한 옵션은 다음과 같다.

자성체가 적어도 2개의 자기 페이즈를 갖는다면, 그 분해 시간들은, 이들 자기 페이즈들이 인간 유기체 내의 상이한 위치들에서 분해되도록 선택되고, 또한, 각 경우에, 인간 유기체에 의해 흡수될 수 있고, 예를 들어, 활성 물질, 약물 또는 일반적으로는 생리학적 활성 물질일 수 있는 물질은 이들 자기 페이즈들 각각에 단단하게 접속되며, 각각의 분해의 검출과 함께, 또한, 인간 유기체에 의해 흡수된 물질 또는 물질들의 혈액 레벨의 측정이 실행될 수 있고, 그 다음, 예를 들어, 임상학적 연구에서, 이 물질 또는 이들 물질들의 출력이 생체 내에서 물질대사의 거동과 상관될 수 있다. 본 발명에 따른 검출 시스템은 따라서 치료 및/또는 진단에도 이용될 수 있다. 신체에 의해 흡수된 물질은 또한 음식 또는 자극제일 수도 있으므로, 본 발명에 따른 검출 시스템은 모든 영양소 분야에도 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 이용 동안에, 본 발명의 방법에 따라 얻어진 측정된 신호들은 데이터 저장 장치에 저장될 수 있고, 저장된 데이터는 바람직하게는 요청 신호의 수신시 수용 장치에 전송될 수 있다.

검출 시스템은 바람직하게는 신호들을 시판 중인 스마트폰, 셀 전화, PDA를 통해 전송할 수 있고, 여기서, 이 소형 컴퓨터의 온보드 추가 알고리즘에 의해 신호의 조정이 실행될 수 있다. 이러한 조정의 한 예는, 데이터 감축, 암호화 및/또는 착용자의 개인 데이터와의 조화일 수 있다. 본 발명에 따른 데이터 검출 시스템으로부터 얻어진 신호들은 케이블-제한 경로 상에서, 예를 들어, 플러그-인 접속에 의해, 및/또는 무선 방식으로, 예를 들어, 센서 노드들, 컴퓨터를 통해, 또는 모바일 전화에 대한 블루투스(Bluetooth)^® 기술에 의해 전송될 수 있다. 이 기술이 이용된다면, 소프트웨어를 디지털 신호 처리기 (DSP)에 포팅(porting)하기 위한 비용이 절감될 수 있고 처리 시간도 역시 단축될 수 있다.

데이터 저장 장치는, 예를 들어 블루투스^® 기술로 구현될 수 있는 전송을 갖춘 데이터 로거일 수 있다. 마찬가지로 본 발명에 따른 검출 시스템에 전송기 또는 무선 주파수 식별 장치 (RFID)를 갖춘 데이터 로거를 탑재하는 것도 생각해 볼 수 있다. 이러한 회로에 의해, 간단히 구조화된 정보가 바람직하게 전송 및 수신될 수 있으며, 예를 들어, 특별한 이벤트, 예를 들어, 비상사태와 링크될 수 있는 데이터가 전송될 수 있다. 이 정보는, 예를 들어, 오용, 남용, 과도하게 빈번하거나 과도하게 드문 복용, 경구 투여 형태의 미달 복용 또는 과다 복용, 검출 시스템의 비상사태 또는 고장의 경우에, 바람직하게는 측정된 신호로부터 도출될 수 있다. 약리학적 형태의 모니터링된 주입을 제어하는 주입 진통제 펌프 또는 외부 보조펌프와 같은 약물에 이미 적용된 시스템을 결합하는 것도 역시 가능하며, 소정 상황 하에서는, 추가의 약리학적 형태와의 조합을 회피해야 한다.

수용 장치는 공공 또는 비-공공 서버, 컴퓨터 및/또는 네트워크에 의해 지원되는, 당업자에게 공지된 임의의 수용 장치일 수 있다. 수신된 데이터는, 특히 바람직하게는 의료 목적을 위해 이 데이터를 조정/저장하는, 이동 무선 장치, 컴퓨터, 워크스테이션, 소형 컴퓨터 또는 기타 임의의 컴퓨터 또는 서버를 포함하는 네트워크를 통해 처리될 수 있다. 또한, 공공 또는 비-공공 데이터 네트워크 관리에서, 바람직하게는, 치료 및/또는 진단의 상황의 데이터 관리나 데이터 관리 네트워크에서 본 발명의 검출 시스템을 이용하는 것이 유익할 수 있다.

데이터 관리 네트워크는 전문가에 의해 호출되거나 이용될 수 있다. 예컨대, 비상사태가 시그널링되면, 전문가, 예를 들어, 응급 의사는, 자동화된 시스템, 예를 들어, "컴퓨터화된 처방 발급기(computerized physician order entry system)" (CPOE)를 통해 요청될 수 있다. 전문가는, 이벤트, 예를 들어, 비상사태의 위치와 시간을 결정하고 적절한 조처를 취하기 위하여 데이터 관리 네트워크에 의해 수집된 데이터를 상관시킨다.

본 발명에 따른 검출 시스템이 본 발명에 따라 치료 및/또는 진단에 이용된다면, 데이터 관리 네트워크에는 유익하게도 약학 컴퓨터 또는 약학 데이터베이스, 마찬가지로 유익한 약물을 위한 전문가 시스템이 탑재될 수 있다.

본 발명에 따른 검출 시스템에 의해 얻어지고 선택사항으로서 전송될 수 있는 신호들은 팩킹된 형태로 처리되고, 인코딩되고 및/또는 데이터 관리 네트워크 내에 전송될 수 있다. 이 데이터 네트워크 내에 전송된 데이터는 전화 통화에 의해 상업적인 경로에서 호출될 수 있다. 전송된 데이터는 자성체의 시간 붕괴를 간접 또는 직접, 실시간으로 및/또는 저장된 형태로 로깅하고, 상기 데이터를 확인하며, 당업자에게 공지된 방식으로 추가의 입력 요청을 트리거할 수 있다.

치료 및 임상 개발을 위한 데이터 관리 네트워크가 알려져 있고, 예를 들어, 신경망 학습 알고리즘인 전문가 시스템을 이용함으로써, 개별 데이터의 합보다 높은 데이터 품질과 카테고리를 생성한다. 큰 통계적 합계로부터의 더 높은 데이터 품질은, 예를 들어, 데이터 감축 또는 최대 엔트로피 알고리즘에 기초하여 획득될 수 있다.

네트워크 시스템에서 본 발명에 따른 검출 시스템을 이용할 때 및/또는 본 발명에 따른 방법을 이용할 때, 특히, 남용, 오용, 또는 자성체의 응용과 연관된 기타의 위험에 관해 보살핌을 요구하는 중요한 환자나 개인을 보호하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 검출 시스템은, 치료, 검사, 진단의 상황에서 및 새로운 치료 및 진단의 연구시, 및 의료 기술 시스템과 연계하는 상황에서 이용될 수 있다.

마찬가지로, 본 발명에 따른 검출 시스템은, 특히 고체 또는 고체-액체 배합 제제에서 위장관 활성 물질 투여의 성능과 모니터링 동안에 이용될 수 있다.

또한, 더 높은 처리량 테스트에 검출 시스템을 이용하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 테스트의 도움으로, 자성층, 페이즈 및/또는 도메인들의 무결성이 테스트될 수 있고, 또한 인간 유기체 내에서의 용해 동안에 그들의 시간적 거동이 측정될 수 있다.

본 발명이 이하에서 실시예를 이용하여 설명될 것이다.

실시예

비교 실시예

3개의 AMR 센서를 갖는 센서 어셈블리가 제공되었다. 도 7은 이 구조의 사진을 도시한다. 좌측편 상에, AMR 센서 회로들이 보이며, 이들의 약한 자화 축들은 인쇄 회로 기판 평면에 평행하게 및 수직으로 위치해 있다. 이 구조의 회로도가 도 8에 예시되어 있다. 이용된 AMR 센서들은, 실제의 센서 브릿지 회로 외에도, 축당 2개의 내부 코일을 가졌다.

예시된 회로는 어떠한 오프셋 스트랩도 없이 7V보다 큰 공급 전압과 함께 순수하게 아날로그 방식으로 동작했다. 타입 NI USB-6211의 접속된 USB 멀티 IO 서브어셈블리를 갖는 랩탑과 LabVIEW의 소프트웨어에 의해, 디지털화와 신호 처리가 외부적으로 실행되었다. 동작점과 오프셋 조절은 전위차계(potentiometer)를 이용하여 수동으로 실행되어야 했다. 오프셋 스트랩을 제거함으로써 비로소 낮은 전력 요구가 가능할 수 있다.

이러한 변형은 인간 착용자에 의한 이동형 이용의 경우에는 수 일간 지속되어야 했던 이용불가능하거나 귀찮은 일인데, 그 이유는 동작점과 오프셋 조절은 계속 수동으로 수행되어야 했기 때문이다.

실시예 1

(a) 자성체를 갖는 캡슐

먼저, 자성체가 생성되었다. 재료는:

● 경질 젤라틴 캡슐, 크기 "0"

● d-프룩토스

● 마그네타이트

● 유드라짓^® FS 30 D

● HCl 0.1 N

본 발명의 맥락에서 "마그네타이트 태블릿"이라 불리는 마그네타이트를 함유하는 태블릿으로서 미니 자석 (도 5a 내지 5c, m)이 구현되었다. 이들은, 먼저, 마그네타이트, 옥수수 전분, 스테아르산마그네슘 및 콜리돈(collidon)을 당업자에게 공지된 방식으로 혼합하여 얻을 수 있다 그 다음, 혼합물은 압착되어 선행 기술에 따른 방식으로 태블릿을 형성하였다. 이들 태블릿들에는 베이스 코팅이 제공된 다음 추가의 기능적 코팅이 탑재되었으며, 이에 의해 위산과의 접촉시 정의된 기간 동안에 마그네타이트 태블릿의 분해가 지연되었다.

기능적 코팅은, 당업자에게 공지된 비율로, 소듐 라우릴 술페이트, 스테아르산, 활석 및 디부틸 세바케이트 및 유드라짓^® E PO의 혼합물로 구성되었다. 시판 중인 드럼 코터(drum coater)의 도움으로, 베이스 코팅으로서 앞서 히드록시프로필 메틸 셀룰로스 (HPMC)가 제공된 마그네타이트 태블릿에 몇 분 내지 몇 시간 동안의 시간 동안 분산액이 인가되었다. 이 시간이 길수록, 코팅은 더 두꺼워졌다. 적용된 상기 코팅의 양은 mg 단위로 명시된다.

달성된 코팅의 두께는, 코팅된 마그네타이트 태블릿이 위산에 의한 분해에 저항한 시간에 대해 대단히 중요하다. 기능적 코팅의 상이한 두께의 도움으로, 마그네타이트 태블릿의 분해의 지연 및 그에 따른 마그네타이트 태블릿의 자기 플럭스의 소실이 상이하게 구성될 수 있다.

반 경질 젤라틴 캡슐은 프룩토스의 스패튤라 팁(spatula tip)으로 채워졌다. 미세 피펫을 이용함으로써, 5 ㎕의 유드라짓^® FS 30 D 태블릿의 중앙에 마그네타이트 태블릿 상의 액적으로서 인가되었다. 핀셋의 도움에 의해, 제2 마그네타이트 태블릿이 유드라짓^® 액적을 갖는 태블릿의 측면에 적절하게 배치되었고 약 10분간 건조하도록 허용되어, 2개의 태블릿이 접착되었다.

접합된 태블릿들은 핀셋의 도움으로 프룩토스 분말 상에서 경질 젤라틴 캡슐의 절반부 내에 위치되었다. 이 절반은 간헐적 탭핑(tapping)에 의해 압축된 분말과 프룩토스으로 채워졌다. 프룩토스의 스패튤라 팁은 캡슐의 제2 절반 내에 조심스럽게 놓여졌다. 그 다음, 2개의 절반 캡슐들이 서로 플러깅되어, 프룩토스은 밖으로 거의 떨어지지 않았다.

이런 방식으로 얻어진 내부 구조는 문서화되었고 자화 장치 내에 두었다. 도 9는 이 장치의 사진을 도시한다. 마그네타이트 태블릿이 제공된 경질 젤라틴 캡슐이 마운트 (HKap) 상에 위치하되, 경질 젤라틴 캡슐의 세로축은 레일 (Sch)에 평행하게 되었다. 그 다음, 영구 자석 (PM)을 갖추고 그 자기장이 레일에 평행하게 배향된(North-South, North-South) 2개의 이동식 캐리지 (BS)가 캡슐을 갖는 마운트까지 푸시되었다. 그 결과, 마그네타이트 태블릿은 결과 자기장에 위치하였고 거기에 평행하게 배향된 자화가 부여되었다. 최대 5분의 체류 시간 후에, 자화의 포화가 달성되었고 자성 물질 및 경구 투여 형태에 대해 기술적으로 일반적인 저장 동안에 영구적으로 유지되었다. 이런 방식으로 도 5b에 따른 자성체가 얻어졌다.

마그네타이트 태블릿의 자기장들의 역평행 배향(antiparallel orientation)을 원한다면, 각각의 마그네타이트 태블릿은 또한 방금 설명된 장치 내에서 개별적으로 자화될 수 있다. 그 다음, 마그네타이트 태블릿들은 그들의 자극이 대향 배치된 채 접합되어 핀셋의 도움에 의해 프룩토스 분말 상의 경질 젤라틴 캡슐 내에 위치될 수 있고, 그 다음, 자성체가 조립된다. 그러나, 마그네타이트 태블릿들의 이러한 배향을 감안하면, 자화소거(de-magnetization) 현상이 우려될 수 있다.

(b) 시뮬레이션 모델

또한, 도 10에 개략적으로 도시된 시뮬레이션 모델이 준비되었다. 인간의 위장을 시뮬레이션한 2구(two-necked) 플라스크 (Zh)는 300 ㎖의 0.1 N 염산으로 채워졌고, 그 온도는 37℃로 자동 온도조절 되었다.

2구 플라스크로의 유입구는 식도 (Sp)를 시뮬레이트했다. 액체와 자성체 (MK)를 부드럽게 움직이도록 유지하는 공기 흐름이 이 유입구와 배출구 (Ab)를 통해 인도되었고, 상기 액체와 자성체는 이 예의 맥락 내에서 식도 (Sp)를 통해 플라스크 (Zh) 내로 미끄러져 들어가는 것이 허용되었다. 이러한 움직임은 인간 움직임과 위장의 연동운동의 시뮬레이션이었다.

기류의 온도 조절 제어, 충진 및 도통은 도 10에 도시되어 있지 않다. 본 발명에 따른 검출 시스템 중에서, 도면은 2개의 센서 어셈블리 (Ao1 및 Ao2)만을 도시하고 있다. 양쪽 모두의 센서 어셈블리들은 3개 채널로 구현되었고, 도 10은, 약한 자화 축들 x1, y1, z1 및 x2, y2, z2 각각과 함께 2개의 구조를 도시하고 있다. 사람이 휴대하는 스트랩 또는 기구의 기능을 대체한 스탠드 (St)를 통해, 2구 플라스크 및 센서 어셈블리들은 서로 에 관한 위치에 유지되고, 2개의 센서 어셈블리들 사이의 10 cm의 한정된 간격과 약 0°의 한정된 각도가 달성되었다. 이것은 본 발명에 따른 검출 시스템의 사람에 의한 착용을 시뮬레이트했다.

본 발명에 따른 센서 어셈블리들의 벡터들 S₁ 및 S₂의 크기가 측정되었고 서로로부터 감산되었다. 그러나, 이것을 실행할 수 있기 이전에, 각각의 센서 어셈블리는 먼저 조절 및 캘리브레이트되어야 했다.

(c) AMR 센서와 그 조절 및 캘리브레이션

도 11은 AMR 센서의 블록 회로도를 도시한다. 구동기를 통해, 셋 및 리셋 펄스들은 AMR 센서의 셋-리셋 스트랩에 주기적으로 교대로 접속되었고, 이것은 센서의 특성 곡선이 주기적으로 반전되었음을 의미한다. 이러한 수단에 의해, 기준 전압에 대하여 발생하고 자기 플럭스와는 독립된 오프셋 전압이 후속 증폭기에서 자동으로 제어되었다.

극성-반전 증폭기와 저역 통과를 통해, 셋 및 리셋 펄스에 의해 변조된 실제 신호가 복원되었다. 그 다음, 신호는 디지털화되어 추가 처리를 위해 DSP에 공급되었다. "DSP"는 디지털 신호 처리기에 대한 약자이다. 디지털 신호 처리를 위한 PC를 위한 프로세서들과는 대조적으로 디지털 신호 처리기는 실시간 조건하에서 최적화된다. 이들은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어, 음성 및 화상 처리와 계측에 이용된다. 칩 상에서, 이들은, 예를 들어, 복수의 컴퓨팅 유닛, 메모리, 다양한 카운터, 통신용 주변장치, 유니버설 인터페이스, 병렬로 이용될 수 있는 AD 및 DA 변환기, 및 상이한 명령 구조를 갖는다. 이 예에서는, 따라서 하나의 회로 내에 통합된 전체 컴퓨터, 구체적으로는, http://www.analog.com/en/processors-dsp/blackfin/adsp-bf504f/processors/product.html, 블랙핀(Blackfin) 패밀리의 변종인 아날로그 디바이시스(Analog Devices)의 ADSP-BF504F가 이용되었다.

오프셋 스트랩의 도움으로서, 측정된 자기장에 대해 부분적으로 보상이 가능하였다. 이 목적을 위해, 임계치에 도달하지 않았거나 임계치를 초과한 경우, 오프셋 스트랩을 통한 전류는 DA 변환기에 대한 출력값을 증가시키거나 감소시킴으로써 조정되었다. 8-비트 DA 변환기에 의해, 측정 범위는 256개 세그먼트들로 세분될 수 있었다. 그 결과, 센서는 최대 감도와 선형성 및 동시에 교차-감도가 극적으로 최소화된 영역에서 동작할 수 있었다. 또한, AD 변환기의 제어 범위는 세그먼트의 크기 + 세그먼트들간의 요구되는 중첩 구간으로 제약되었기 때문에 해상도가 향상되었다.

통합된 코일의 비교적 작은 권선수로 인해 오프셋 스트랩에 의한 자기장의 보상을 위해 비교적 높은 전류가 요구되었으므로, 이 동작 모드에서 미리정의된 축압기(accumulator) 용량으로 달성가능한 동작 시간은 낮추어야 했다. 그러나, 각각의 AMR 센서의 활성 측정 시간이 감소되고 오프셋 스트랩이 항상 측정들 사이에서 DA 변환기를 통해 중립 영역으로 이동됨으로써 해결책이 생성되었다.

본 발명에 따른 검출 시스템에 속하는 본 발명에 따른 2개의 동일하게 구성된 센서 어셈블리 중 하나의 상위측에 도 12a에 도시되어 있고, 도 12b에는 그 하위측이 도시되어 있다.

일반적으로, AMR 센서들과 그들의 컴포넌트들의 파라미터들은 산란에 종속되어 있다. 그 결과, 완전히 동일하게 구성된 전자회로의 경우에도, 자기장의 상이한 방향이나 강도와 연관되지 않은 편차들이 측정 결과에 나타난다. 균일 자기장 내의 센서 어셈블리의 단순한 위치 변경의 경우에도, 이러한 편차는 개개의 AMR 센서들로부터 얻어진 성분들로부터의 자기 플럭스 밀도 벡터들의 계산된 크기에서의 잘못된 변화로 이어진다. 자기장에서 검출기 구조의 이동을 허용하기 위하여, 약하게 측정된 신호의 검출 동안에도, 이러한 계통적 측정 에러로 이어지지 않고, 각각의 AMR 센서의 정확한 조절과 계산이 필요하다. 이상적인 경우, 이러한 조절은, 자기장없는 실내, 소위 제로 챔버에서 실행되어야 할 것이다.

이 근사치를 생성하기 위하여, 그 코일 전류가 수동으로 설정된 3개의 헬름홀츠(Helmholtz) 코일쌍을 포함하는 구조가 AMR 센서에 제공되었다. 이 장치는, 0.1 mm 두께의 Mu-금속 호일의 5개 층을 포함하는 자기 차폐를 갖는, 원통형 하우징 내로 이동되었다. 원통형 하우징은 600 mm 길이의 KG 튜브 DN 300이었다. 도 13은 3개의 헬름홀츠 코일쌍 (HhSp)과 원통형 하우징 상에 놓인 자기 차폐 (MgnAb)의 원통형 부분을 포함하는 이 구조를 도시한다. 자기 플럭스 밀도는 허니웰(Honeywell) HMR 2300 자력계를 이용하여 당업자에게 공지된 방식으로 측정되었다.

적어도 7.27의 차폐율이 달성되었다. 원통형 하우징의 끝에서의 구성적으로 필요한 갭의 달성가능한 차폐율에 미치는 영향은, 도 13에는 도시되지 않은, 하우징과 그 상부 차폐 사이의 40 mm 폭 중첩에 의해 감소될 수 있다. 조절에 요구되는 측정의 부분적으로 자동화된 수행은 당업자에게 알려져 있다. 이것은 영점 보상과 DA 변환기를 통한 코일 전류의 제어와 AD 변환기를 통한 전류의 측정 모두를 허용한 구동 전자회로들의 도움에 의해 달성되었다.

코일 배열의 중심에서, 균일 자기장이 생성되었고, 오차가 0.25% 아래인 영역은 코일 크기, 구체적으로는, 축방향으로 ±2.6 cm의 z 범위와 ± 3cm의 x 범위에 의존했다. 각각의 축방향에서의 적어도 ±1.5 cm의 범위에 대해, 0.03% 미만의 편차가 달성되었다.

코일 쌍들의 간격은 상이하였는데, 그 이유는, 각각의 헬름홀츠 코일쌍의 내부의 균일 자기장 분포를 위해, 코일 간격은 코일 반경과 같아야 하기 때문이다. 코일 배열에서, 코일들은 서로의 내부에서 네스팅되어야 했기 때문에, 상이한 코일 직경이 선택되어야 했다. 코일의 간격은 각각 135 mm, 126 mm 및 115 mm이었다. y방향에서의 쌍들의 코일 권선틀 (도 13의 삼각대)은 홈 (Nt)을 가졌고, 그 내부로 센서 어셈블리 또는 이에 부착된 AMR 센서를 갖는 회로 기판이 푸시될 수 있었다. 따라서, 조절 동안에 회로 기판의 안전한 배치가 제공되었다.

상이한 측정된 객체들에 대해 상이한 조절이 편리하다는 사실을 감안한 소프트웨어, 특히 프로젝트 일렉트로닉(Projekt Elektronik, 베를린)의 자기 플럭스 게이트 프로브를 갖춘 자력계, 특성 곡선의 세그먼트화를 수반한 및 수반하지 않은 허니웰의 AMR 센서 또는 센서 변종을 갖춘 자력계가 측정을 위해 생성되었다. 소프트웨어는, 자유 선택가능한 방향 x, y 또는 z (도 13의 삼각대)에 대해, 전류 램프를 실행하고 또한, 코일 배열의 중심에 위치한 AMR 센서의 이 인가된 전류로부터 얻어진 측정된 값들을 기록하는 것을 가능케 했다. 그 약한 자화 축들은 각각의 경우에 방향 x, y 또는 z 중 하나와 평행하게 배치되었다. 전류 램프를 위해, 상한 및 하한과 스텝 폭이 미리정의될 수 있다. 또한, 특정한 이벤트에 뒤따르는 대기 시간이 정의될 수 있었다. 이들 이벤트들은 램프의 시작점의 도달, AMR 센서에 대한 플립 펄스, 센서의 세그먼트 변경, 코일 전류의 변경이었다. 마찬가지로 조절에 필요한, 각각의 경우 코일 전류의 함수로서의 코일들의 특성 곡선들이 앞서 결정되었고, 프로젝트 일렉트로닉(Projekt Electronik, 베를린)의 타입 GeoX의 자기 플럭스 게이트 프로브와 허니웰의 자력계 타입 HMR 2300을 이용하였다.

측정된 AMR 센서 신호와 코일 전류와 링크된 자기 유도 사이에서 이런 방식으로 얻어진 기능 관계가, 각각 256개 세그먼트 모두에 대해, 전체의 제어 범위에 관해, 당업자에게 공지된 방식으로 도표화되었다. 이런 방식으로 얻어진 데이터로부터, 감도와 교차-감도가 계산되었고 구성 파일들에 전송되었다.

센서 어셈블리들의 조절은 이하의 실시예들 모두에 선행하였다. 2개의 센서 어셈블리로부터의 측정된 신호의 기록은, 시판중인 컴퓨터 상에서의 그래픽 프로그래밍 시스템 "LabVIEW" (네셔널 인스트루먼츠 캄파니(National Instruments company))에 의해 실행되었다. 측정된 데이터는 Excel 테이블 내로 자동으로 복사되었고, 이로부터 데이터가 그래픽으로 디스플레이되었다.

실시예 2

2개의 마그네타이트 태블릿이 실시예 1 (a)에서와 같이 생성되었지만, 이들 태블릿들 중 하나는 코팅되었다는 점이 구분된다. 완성된 캡슐이 도 14a에 개략적으로 도시되어 있다. 마그네타이트 태블릿들 중 하나 (m0)는 코팅되지 않아, 시뮬레이션 모델의 염산과 접촉시, 분해의 지연이 발생하지 않았다. 다른 마그네타이트 태블릿 (mc)은 2 mg 코팅되었다. 2개의 마그네타이트 태블릿을 이용하여, 절차는 실시예 1의 (a)에서와 같았고, 그 다음, 상기 실시예에 따라 경질 젤라틴 캡슐이 조립되었다.

자화 장치의 이용에 이어, 캡슐을 시뮬레이션 모델 내에 두었다.

시뮬레이션 모델 (도 10)이 실시예 1의 (b)에서와 같이 설계되었고, 센서 어셈블리들이 각도 0°와 10 cm의 간격으로 설치되었다. AMR 센서들의 조절이 실시예 1 (c)에서와 같이 실행되었다.

측정된 신호들은 높은 해상도와 함께 이용된 제로크로스오버 부근의 작은 특성 범위를 이용하여 평가되었다. 미리정의된 범위에 도달하지 않았거나 이를 초과, 즉, AD 변환기의 임박한 과부하와 동등하다면, 오프셋 스트랩을 통한 전류에 의해 범위가 조정되었다. 이 조정은 8비트 디지털-아날로그 변환기의 도움으로 256 단계로 실행되었다. 캘리브레이션 동안에, 특성 곡선의 256개 세그먼트들 각각에 대해 모든 센서 채널들의 직선 근사화가 결정되었고, 대응하는 경사와 제로 크로스오버가 저장되었다.

각각의 센서 어셈블리의 x, y, z 방향에서의 측정된 신호들은 각각의 경우에 시간의 함수로서의 벡터 S₁ 및 S₂의 성분이었다. 도 14b는 분 단위의 시간 t의 함수로서의 이들 벡터들의 크기에서 μT의 차이 Δ를 도시한다.

시간 t=0에서, 캡슐은 시뮬레이션 모델의 식도 (Sp)에서 수 초간 유지되었고, 이것은 경구 섭취가 시뮬레이션되었음을 의미한다. 캡슐이 시뮬레이션 모델의 식도를 통해 플라스크 (Zh) 내로 미끄러졌다. 플라스크의 염산 수용기 내에서의 대략 시간 t=1 분에서, 제1 마그네타이트 태블릿은 약 3분의 기간 동안에 완전히 분해되었고, 이것은 국지적 최대치에 도달한 Δ에 의해 검출될 수 있다. 코팅없는 제1 마그네타이트 태블릿의 자기 플럭스의 점진적 약화에 의해 구간 (1)에서 차이 Δ의 거동이 결정되었고, 제2의 완전히 손대지 않은 태블릿의 경우와 비교하여, 그 분해와 연관되었다. 시간 약 t=4분에서의 이 최소치로부터 시작하여, 본 발명에 따른 시스템은 2 mg 코팅으로 코팅된 제2 마그네타이트 태블릿으로부터의 자기 플럭스만을 여전히 검출하였고, 이것은 추가의 18분 동안에 분해되어 시구간 (2)의 끝에서부터 시작하여 대략 시간-일정한 과정으로의 Δ의 접근에서 검출된다.

실시예 3

이 실시예는 실시예 2에서와 같이 실행되었지만, 마그네타이트 태블릿들은 다른 코팅이 제공되었다는 점에서 구분된다. 하나의 마그네타이트 태블릿은 2 mg 코팅된 반면, 다른 하나의 마그네타이트 태블릿은 4 mg 코팅되었다. 시간의 함수로서의 차이 Δ의 거동이 도 15에 도시되어 있다.

경구 섭취, 시뮬레이션 모델의 로딩, 및 2 mg 코팅이 제공된 마그네타이트 태블릿의 분해는 구간 (1)에서의 시간 과정을 야기했다. 제1 마그네타이트 태블릿의 분해는 대략 시간 t=5분까지 관측되었다. 구간 (1)의 끝에서부터 시작하여, 4 mg 코팅이 제공된 제2 마그네타이트 태블릿의 분해가 시작했고, 이것은 구간 (2)의 끝에 있는 시간 t=37분에서 완료되었다.

실시예 4

이 실시예는 실시예 2에서와 같이 실행되었지만, 3개의 마그네타이트 태블릿들은 상이한 코팅이 제공되었다는 점에서 구분된다. 캡슐 내의 이들 마그네타이트 태블릿들의 구조가 도 5c에 도시되었다. 하나의 마그네타이트 태블릿은 코팅되지 않았고, 제2 마그네타이트 태블릿은 2 mg 코팅된 반면, 제3 마그네타이트 태블릿은 6 mg 코팅되었다. 시간의 함수로서의 차이 Δ의 거동이 도 16에 도시되어 있다.

경구 섭취와 시뮬레이션 모델의 로딩이 시간 t=2분에서 완료되었다. 코팅이 제공되지 않은 마그네타이트 태블릿의 분해는 구간 (1) 동안의 시간 t=5분까지 관측되었다. 따라서, 2개의 나머지 마그네타이트의 자기 플럭스가 지배하였고, 이들 중 2 mg 코팅이 제공된 하나는 구간 (2)의 끝까지 후속하는 약 21분 동안 분해되었다. 6 mg 코팅된 제3 마그네타이트 태블릿은 구간 (3)의 과정에서 추가의 16분 동안 분해되었다.

실시예 5

이 실시예는 실시예 2에서와 같이 실행되었지만, 어떠한 마그네타이트 태블릿도 없었다. 25분 동안의 시간의 함수로서의 차이 Δ는 0에 가까운 낮은 자기 플럭스 자기 플럭스의 변동을 보였다. 주변의 간섭 자기장의 산란 유적이나 흔적에 기초하여 낮은 값들이 측정되었던 것으로 생각된다. 도 17에 나타낸 결과는 자성체의 부재를 타당하게 한다.

실시예 6

이 실시예는 실시예 2에서와 같이 실행되었지만, 센서 어셈블리들은 서로에 관한 45°의 각도로 기울어졌고, 자성체로서의 경질 젤라틴 캡슐은 단순히 마그네타이트 태블릿이었으며, 시뮬레이션 모델의 플라스크 (Zh)는 염산 수용기가 없어서, 분해는 가능하지 않았다. 도 18은 초 단위의 시간의 함수로서의 도(degree) 단위로 플롯팅된 각도 Φ, Φ = arccos(S ₁ ·S ₂ / |S ₁ ||S ₂ |)를 도시한다.

시간 t=0 s에서, 캡슐은 시뮬레이션 모델의 식도 (Sp)에서 수 초간 유지되었고, 이것은 경구 섭취가 시뮬레이션되었음을 의미한다. 대략 시간 t=5 s에서, 캡슐은 센서 어셈블리를 지나 미끄러져, 각도 Φ는 순간적으로 약 60°로 변경되었다. 약 t=60 s 내지 t=90 s, 170s 내지 210 s의 시간들 사이와 약 260 s의 시작부에서, 플라스크 (Zh)에 도입된 기류는, 경질 젤라틴 캡슐의 움직임을 간헐적인 구름(rolling)과 기울어짐(tilting)으로부터 상당히 강한 회전 및 텀블링(tumbling) 움직임으로 변화시키는 방식으로 증가되었다.

Claims (10)

1. 적어도 2개의 센서 어셈블리를 포함하고,
   각각의 센서 어셈블리는 1, 2 또는 3개의 이방성 자기 저항 센서를 가지며, 상기 센서들의 약한 자화 축들은 쌍을 이루며 상이한 방향들을 가리키고,
   각각의 센서 어셈블리는 센서 어셈블리 또는 다른 센서 어셈블리로부터 0.5 내지 50 cm의 간격을 가지며,
   적어도 2개의 센서 어셈블리가 서로에 대해 0 내지 45° 각도로 기울어져 있는 것인, 인간 유기체 내의 자성체를 검출하는 검출 시스템.
2. 제1항에 있어서, 적어도 1개의, 바람직하게는 각각의 이방성 자기 저항 센서가,
   서로 접속되어 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 또는 휘트스톤 브릿지 등가 회로를 형성하는 4개의 바버 폴 요소(barber pole element), 및
   셋-리셋 스트랩(set-reset strap) 및 오프셋 스트랩(offset strap)
   을 갖는 것인 검출 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자성체가 캡슐, 또는 진단 및/또는 약리학적 형태로부터 선택된 기능을 갖는 캡슐이고, 사람에 의해 삼켜지고, 적어도 1개의 강자성 성분, 바람직하게는 마그네타이트(magnetite)를 함유하는 적어도 1개의 코어 및/또는 쉘을 갖는 것인 검출 시스템.
4. (a) 셋 및 리셋 펄스(set and reset pulse)를 각각의 이방성 자기 저항 센서에 적어도 1회 접속시키는 단계,
   (b) 각각의 이방성 자기 저항 (AMR) 센서로부터의 신호들을 적합한 신호 조정을 통해 및 적어도 1개의 저역 통과 필터를 통해 증폭시키는 단계, 및
   (c) 각각의 센서 어셈블리로부터의 자기 플럭스 밀도들의 벡터들의 크기들 사이의 차이를 측정하는 단계, 및/또는 AMR 센서들로부터의 측정된 신호들로부터의 벡터들 사이의 각도 Φ를 측정하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 검출 시스템에 의해, 인간 유기체 내의 자성체에 의해 생성된 자기 플럭스 밀도를 검출하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 단계 (c)에서 얻어진 측정된 신호 또는 각각의 AMR 센서의 기여가 중간값 필터(median filter)에 의해 필터링되는 것인 방법.
6. 제4항에 있어서, 단계 (b)에서, 0.1 - 0.99 mHz, 1 mHz - 0.99 Hz, 1 Hz - 9.99 Hz, 10 Hz - 1 kHz의 차단 주파수를 갖는 적어도 1개의 저역 통과 필터 또는 적어도 2개의 상이한 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터들의 조합이 이용되는 것인 방법.
7. 소화관 내에서 경구 투여 형태를 검출하고 자기 성분의 분해 시간 또는 시간들을 측정하기 위한, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 검출 시스템의 용도.
8. 제7항에 있어서, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 얻어진 측정된 신호들이 데이터 저장 장치에 저장되고, 저장된 데이터는 바람직하게는 요청 신호의 수신시 수용 장치에 전송되는 것인 용도.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 데이터 관리 네트워크에서의 용도.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 치료, 진단 및/또는 영양보급에서의 용도.

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