藥物輸送膠囊及藥物輸送方法與流程

本發(fā)明涉及醫(yī)療用品，尤其涉及一種藥物輸送膠囊及藥物輸送方法。

背景技術(shù)：

目前的胃腸道類慢性疾病大多需要服用藥物來進(jìn)行長(zhǎng)期治療，然而藥物治療效果不佳；此外，對(duì)于消化道內(nèi)增生性病灶，由于口服藥物難以直接到達(dá)病灶部位或到達(dá)病灶劑量過小，從而導(dǎo)致口服藥物療法的失效。因此，若能在炎癥、創(chuàng)面、病灶處直接高效地進(jìn)行給藥治療，既可增強(qiáng)藥物的吸收實(shí)現(xiàn)高效治療，并能減小藥物的副作用，從而安全無創(chuàng)地實(shí)施靶向給藥等介入醫(yī)療操作。

phaetonresearch(nottingham，uk)研究開發(fā)的enteriontm藥丸外形為φ1lmm×32mm，利用高頻磁場(chǎng)觸發(fā)控制機(jī)構(gòu)，采用閃爍掃描法(gammascintgraphy)進(jìn)行藥物位置監(jiān)測(cè)，攜藥量為0.8ml，是當(dāng)前應(yīng)用較好的消化道藥物定位釋放工程系統(tǒng)藥丸。該方法在進(jìn)行藥物位置監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)被測(cè)者造成輻射傷害，需要大型設(shè)備使用不便。s.murad等人利用形狀記憶合金在一定條件下逆加工過程自動(dòng)恢復(fù)本來形狀的特性，實(shí)現(xiàn)藥物釋放。該方案不能實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)釋放，且釋放劑量無法控制。r.groening等人提出了利用氣體反應(yīng)產(chǎn)生的氣壓作為動(dòng)力，推動(dòng)活塞，完成噴藥的動(dòng)作。噴藥動(dòng)作采用高頻信號(hào)觸發(fā)，在膠囊內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，激發(fā)氣體反應(yīng)室的氣體開始反應(yīng)。該方法可實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)藥物釋放，但觸發(fā)后等待的時(shí)間較長(zhǎng)，需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。目前的消化道定點(diǎn)藥物釋放系統(tǒng)，具有如下不足之處：觸發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，可能導(dǎo)致施藥裝置錯(cuò)過目標(biāo)區(qū)域；只能完成單次施藥動(dòng)作。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種用于消化道的磁驅(qū)動(dòng)式藥物定點(diǎn)輸送裝置。首先由雙磁矢量檢測(cè)技術(shù)，跟蹤藥物輸送膠囊的位置；待藥物輸送膠囊到達(dá)特定部位，驅(qū)動(dòng)藥物輸送膠囊內(nèi)的執(zhí)行裝置定點(diǎn)輸送藥物。采用射頻觸發(fā)方式，縮短遙控觸發(fā)時(shí)間；采用梯度磁場(chǎng)力作為施藥驅(qū)動(dòng)力，提高藥物釋放的快速性和可靠性；且實(shí)現(xiàn)多次藥物釋放動(dòng)作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是為了提供一種藥物輸送膠囊及藥物輸送方法，以實(shí)現(xiàn)施藥的可靠性、快速性、藥物釋放的可控性和多次藥物釋放動(dòng)作。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種藥物輸送膠囊，包括外殼以及順序設(shè)置在外殼內(nèi)的施藥單向閥、第一永磁體、儲(chǔ)藥囊、電磁線圈、第二永磁體、方位測(cè)量與激磁控制模塊，在電磁線圈的外圍設(shè)有光電對(duì)管，其中，第一永磁體設(shè)有軸向通孔，該通孔的前后分別與單向閥、儲(chǔ)藥囊連通。

所述第一永磁體和第二永磁體均為沿軸向磁化的圓柱永磁體，并按磁極相反布置，形成梯度磁場(chǎng)。

所述電磁線圈為可動(dòng)式電磁線圈，電磁線圈的激磁信號(hào)由方位測(cè)量與激磁控制模塊提供。

所述光電對(duì)管的個(gè)數(shù)根據(jù)施藥次數(shù)設(shè)置，并均勻間隔布置于電磁線圈的運(yùn)動(dòng)行程兩側(cè)。

所述方位測(cè)量與激磁控制模塊包括交變磁信號(hào)傳感器、交變磁信號(hào)信號(hào)處理電路、采樣及ad轉(zhuǎn)換電路、方位角檢測(cè)體內(nèi)電路、方位角信號(hào)處理電路、微控制器、激磁電路、體內(nèi)射頻收發(fā)器和天線；方位角檢測(cè)體內(nèi)電路的輸出與方位角信號(hào)處理電路的輸入相連，方位角信號(hào)處理電路的輸出經(jīng)由采樣及ad轉(zhuǎn)換電路，連接至微控制器的輸入，交變磁信號(hào)傳感器的輸出與交變磁信號(hào)信號(hào)處理電路的輸入相連，交變磁信號(hào)信號(hào)處理電路的輸出經(jīng)由采樣及ad轉(zhuǎn)換電路，連接至微控制器的輸入，微控制器與體內(nèi)射頻收發(fā)器雙向連接，微控制器的輸出連接激磁電路的輸入，微控制器的輸入連接光電對(duì)管，激磁電路的輸出連接電磁線圈。

基于上述藥物輸送膠囊的藥物輸送方法是：在體外設(shè)置方位角測(cè)量體外模塊、位置測(cè)量體外模塊、體外射頻收發(fā)器和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，采用雙磁矢量檢測(cè)原理，由體外射頻收發(fā)器無線接收藥物輸送膠囊的磁矢量信號(hào)和方位角信號(hào)，由數(shù)據(jù)處理平臺(tái)實(shí)時(shí)求解，實(shí)現(xiàn)藥物輸送膠囊的位置跟蹤；待數(shù)據(jù)處理平臺(tái)計(jì)算到膠囊位置已進(jìn)入施藥目標(biāo)區(qū)域時(shí)，通過射頻信號(hào)觸發(fā)施藥單向閥將藥物釋放。

采用交變磁矢量傳感的原理，并結(jié)合基于三軸地磁場(chǎng)和四元數(shù)旋轉(zhuǎn)理論的方位角檢測(cè)，建立空間磁矢量與膠囊位置的數(shù)學(xué)模型，跟蹤藥物輸送膠囊在消化道內(nèi)的位置；首先由方位角測(cè)量體外模塊檢測(cè)地磁矢量在基準(zhǔn)坐標(biāo)系的分量；同時(shí)，膠囊 內(nèi)的方位角檢測(cè)體內(nèi)電路檢測(cè)地磁矢量在動(dòng)坐標(biāo)系的分量，并無線傳輸至數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，由此獲得由基準(zhǔn)系到動(dòng)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)；隨后，位置測(cè)量體外模塊分時(shí)對(duì)四個(gè)磁場(chǎng)源激磁，依次產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；由膠囊內(nèi)的交變磁信號(hào)傳感器將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)磁矢量與空間方位的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合旋轉(zhuǎn)四元數(shù)理論，求解膠囊的位置。

施藥單向閥的開啟壓力設(shè)定為略大于藥物輸送膠囊的出藥口豎直向下時(shí)受到的總壓力。

本發(fā)明的藥物輸送膠囊配合方位角測(cè)量體外模塊、位置測(cè)量體外模塊、體外射頻收發(fā)器和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)使用：具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用雙磁矢量檢測(cè)技術(shù)和四元數(shù)旋轉(zhuǎn)理論，將基準(zhǔn)系的交變磁矢量模型變換至運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系，減少了跟蹤數(shù)學(xué)模型的未知量個(gè)數(shù)，改進(jìn)了跟蹤方法的快速實(shí)時(shí)性，提高了求解精度。

2、施藥驅(qū)動(dòng)裝置采用兩個(gè)永磁體形成的梯度磁場(chǎng)，在其中放置可動(dòng)式電磁線圈，作為施藥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。梯度磁場(chǎng)的引入，避免了施藥劑量較大時(shí)，隨著電磁線圈運(yùn)動(dòng)行程增加，電磁線圈距磁場(chǎng)源距離增加導(dǎo)致的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力迅速衰減，可實(shí)現(xiàn)大劑量藥物的釋放。光電對(duì)管均勻間隔布置于可動(dòng)式電磁線圈的運(yùn)動(dòng)行程兩側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)多次藥物釋放動(dòng)作。

3、采用了施藥單向閥的結(jié)構(gòu)，且設(shè)置了適宜的開啟壓力，一方面可使在未施藥狀態(tài)下，儲(chǔ)藥囊內(nèi)的藥液不會(huì)泄露；另一方面，當(dāng)需要施藥時(shí)，只需使作用于儲(chǔ)藥囊上的驅(qū)動(dòng)力大于單向閥的開啟壓力，即實(shí)現(xiàn)了藥物釋放的功能。為多次施藥提供了保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的藥物輸送膠囊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明中的方位測(cè)量與激磁控制模塊的組成框圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，配合參見圖2，本發(fā)明的藥物輸送膠囊，包括外殼1以及順序設(shè)置在外殼內(nèi)的施藥單向閥2、第一永磁體3、儲(chǔ)藥囊4、電磁線圈5、第二永磁體6、方位測(cè)量與激磁控制模塊7，在電磁線圈5的外圍設(shè)有光電對(duì)管8，其中，第一永 磁體設(shè)有軸向通孔，該通孔的前后分別與單向閥、儲(chǔ)藥囊連通。

其中的第一永磁體和第二永磁體均為沿軸向磁化的圓柱永磁體，并按磁極相反布置，形成梯度磁場(chǎng)。電磁線圈為可動(dòng)式電磁線圈。電磁線圈的激磁信號(hào)由方位測(cè)量與激磁控制模塊提供。梯度磁場(chǎng)的引入，避免了施藥劑量較大時(shí)，隨著電磁線圈運(yùn)動(dòng)行程增加，電磁線圈距磁場(chǎng)源距離增加導(dǎo)致的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力迅速衰減，可實(shí)現(xiàn)大劑量藥物的釋放。

單向閥的開啟壓力設(shè)定為稍大于藥物輸送膠囊的出藥口豎直向下時(shí)受到的總壓力值。一方面可使儲(chǔ)藥囊內(nèi)的藥液不會(huì)泄露；另一方面，在施藥狀態(tài)下，只需使儲(chǔ)藥囊上受到的驅(qū)動(dòng)力大于單向閥的開啟壓力，即可實(shí)現(xiàn)藥物釋放，確保了多次施藥的可行。

光電對(duì)管包括發(fā)光二極管和光敏元件，光電對(duì)管的個(gè)數(shù)根據(jù)施藥次數(shù)設(shè)置，均勻間隔布置于可動(dòng)式電磁線圈的運(yùn)動(dòng)行程兩側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)多次藥物釋放動(dòng)作。光電對(duì)管的個(gè)數(shù)根據(jù)施藥次數(shù)設(shè)置，并均勻間隔布置于電磁線圈的運(yùn)動(dòng)行程兩側(cè)。

參見圖2，本發(fā)明中的方位測(cè)量與激磁控制模塊7包括交變磁信號(hào)傳感器71、交變磁信號(hào)處理電路72、采樣及ad轉(zhuǎn)換電路73、方位角檢測(cè)體內(nèi)電路74、方位角信號(hào)處理電路75、微控制器76、激磁電路77、體內(nèi)射頻收發(fā)器78和天線79；方位角檢測(cè)體內(nèi)電路的輸出與方位角信號(hào)處理電路的輸入相連，方位角信號(hào)處理電路的輸出經(jīng)由采樣及ad轉(zhuǎn)換電路，連接至微控制器的輸入，交變磁信號(hào)傳感器的輸出與交變磁信號(hào)信號(hào)處理電路的輸入相連，交變磁信號(hào)信號(hào)處理電路的輸出經(jīng)由采樣及ad轉(zhuǎn)換電路，連接至微控制器的輸入，微控制器與體內(nèi)射頻收發(fā)器雙向連接，微控制器的輸出連接激磁電路的輸入，微控制器的輸入連接光電對(duì)管，激磁電路的輸出連接電磁線圈。

本發(fā)明的藥物輸送方法是，進(jìn)入體內(nèi)的藥物輸送膠囊，由設(shè)置在體外的方位角測(cè)量體外模塊、位置測(cè)量體外模塊、體外射頻收發(fā)器和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)控制進(jìn)行藥物定點(diǎn)輸送，其工作過程原理如下：方位角檢測(cè)采用三軸地磁場(chǎng)檢測(cè)原理和四元數(shù)旋轉(zhuǎn)理論。首先由方位角測(cè)量體外模塊檢測(cè)地磁矢量在基準(zhǔn)坐標(biāo)系的分量；同時(shí)，膠囊內(nèi)的方位角檢測(cè)體內(nèi)電路檢測(cè)地磁矢量在動(dòng)坐標(biāo)系的分量，經(jīng)由方位角信號(hào)處理電路、采樣及ad轉(zhuǎn)換電路送至微處理器，再通過體內(nèi)射頻收發(fā)器、天線無線傳輸至數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。根據(jù)四元數(shù)旋轉(zhuǎn)理論，數(shù)據(jù)處理平臺(tái)可獲得由基準(zhǔn)系到動(dòng)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)。

隨后，由位置測(cè)量體外模塊分時(shí)對(duì)四個(gè)磁場(chǎng)源激磁，依次產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。由膠囊內(nèi)的交變磁信號(hào)傳感器將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)由交變磁信號(hào)處理電路、采樣及ad轉(zhuǎn)換電路送至微控制器，再通過體內(nèi)射頻收發(fā)器和天線無線傳輸至體外射頻收發(fā)器，由體外射頻收發(fā)器將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)根據(jù)求出的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)，將藥物輸送膠囊的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換至體外的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，建立空間磁矢量與膠囊位置的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其求解，獲得膠囊的位置，實(shí)現(xiàn)藥物輸送膠囊的位置跟蹤。待數(shù)據(jù)處理平臺(tái)計(jì)算到膠囊位置已進(jìn)入施藥目標(biāo)區(qū)域，數(shù)據(jù)處理平臺(tái)經(jīng)由體外射頻收發(fā)器發(fā)出施藥觸發(fā)信號(hào)，體內(nèi)射頻收發(fā)器借助天線接收到此信號(hào)，傳輸至藥物輸送膠囊內(nèi)的微控制器。然后，微控制器輸出信號(hào)至激磁電路，使電磁線圈通電激磁。借助電磁線圈在梯度磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)力作為施藥動(dòng)力源，擠壓儲(chǔ)藥囊，使儲(chǔ)藥囊內(nèi)壓力大于施藥單向閥的開啟壓力，實(shí)現(xiàn)藥物的釋放。

光電對(duì)管由光敏元件和發(fā)光二極管組成。當(dāng)電磁線圈的運(yùn)動(dòng)行程達(dá)到光電對(duì)管的安裝位置時(shí)，電磁線圈不再處于光電對(duì)管之間，因此，光電對(duì)管的光敏元件能接收到發(fā)光二極管發(fā)出的光，光敏元件的輸出信號(hào)發(fā)生改變。膠囊內(nèi)的微控制器讀取到光電對(duì)管的輸出信號(hào)的變化后，微控制器輸出信號(hào)控制激磁電路，使電磁線圈斷電，停止藥物的釋放。

待數(shù)據(jù)處理平臺(tái)計(jì)算到膠囊位置已進(jìn)入下一個(gè)施藥目標(biāo)區(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)處理平臺(tái)經(jīng)由體外射頻收發(fā)器發(fā)出施藥觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)新一輪的藥物釋放，直到可動(dòng)式電磁線圈運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)光電對(duì)管的安裝位置。由此，可實(shí)現(xiàn)多次藥物釋放動(dòng)作。