CN103249348B - 用于个体的体内监视的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明可体现为能够感测个体的一种或多种性质（例如，化学或物理参数等）的可取回设备。在使用中，可取回设备可连续地确定***内的化学品浓度。可取回设备的一个实施例包括具有光源和图像捕捉设备的第一壳体、可移除地连接到第一壳体且具有感测器的第二壳体、以及用于取回该设备的配件。感测器可以是被配置成获取流体中的分析物浓度的至少一个测量结果的分析物感测器。分析物感测器包括溶胶‑凝胶材料中的感测器物质，因此感测器物质可逆地与感兴趣的分析物进行反应。另外，可将可取回设备配置成确定不同的物理参数，并且可重新植入该可取回设备。

Description

用于个体的体内监视的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年7月12日提交的美国临时申请S/N.61/363,358的优先权的权益，该申请的公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及用于生物学监视的设备，更具体地涉及用于个体的体内监视的设备和方法。
背景技术
近年来，包含感测器或相机的可吸收（ingestible）设备已被医疗行业用作监视个体（individual）的消化道（例如，测量其性质等）的方式。然而，先前的设备尚未被设置成可取回地植入个体。另外，由于可吸收设备的性质，先前的设备已被构建为不可重新配置（且不可重新植入）的胶囊。
因此，需要将允许个体的体内监视的可取回设备。
发明概要
根据本发明的一个实施例的设备被配置成用于可取回地植入个体。该设备包括第一壳体，该第一壳体具有配置成照射第一壳体的外部环境的区域（即，“视场”）的光源。图像捕捉设备被置于第一壳体内，并且被放置成捕捉至少一部分视场的图像。该设备包括第二壳体，该第二壳体被配置成可移除地连接到第一壳体并且具有感测器。该设备还具有附连到第一壳体、第二壳体、或者两者的配件。感测器可电连接到图像捕捉设备。感测器还可包括配置成检测由感测器物质发出的电磁能量的检测器。
感测器可以是能够测量存在于植入部位的体液中的分析物浓度的分析物感测器。这种分析物感测器可包括溶胶-凝胶材料中的感测器物质。感测器物质将在与感兴趣的分析物接触时发射电磁能量，并且电磁激励能量由感测器物质接收。可使用多种感测器物质。多种感测器物质可以是相同的感测器物质、不同的感测器物质、或者类似和不同的物质的组合。例如，阵列可由多种感测器物质构成，每一感测器物质被配置成对感兴趣的不同分析物作出响应。
在根据本发明的感测器的另一实施例中，感测器包括键合到报道分子（reportermolecule）的抗体形式的感测器物质。抗体被配置成与感兴趣的分析物进行反应。报道分子被配置成通过发射电磁能量（独立地或者在存在激励能量的情况下）对与分析物的反应作出响应。
感测器可以是用于测量壳体的外部环境的物理参数的参数感测器。例如，物理参数可以是声音、pH值、温度、压力等。该设备还可包括3轴加速计。在另一实施例中，感测器可以是3轴加速计。
该设备还可包括与外部设备通信的发射机、接收机、或者两者（单独地或者以收发机的形式）。
该设备还可包括电子存储设备，例如存储器设备。
本发明还可体现为监视个体的方法。该监视可将可取回设备用于个体的体内监视。该设备可类似于本文中所描述的设备。该方法包括以下步骤：将可取回设备植入个体；使用可取回设备来进行个体的第一性质的至少一次测量；以及使用可取回设备的配件从个体的植入部位取出可取回设备。
该方法还可包括以下步骤：配置可取回设备以进行个体的第二性质的至少一次测量。将配置成测量第二性质的可取回设备重新植入个体。而且，可取回设备用于进行个体的第二性质的至少一次测量。
附图说明
为了更全面地理解本发明的性质和目的，应当参考结合附图进行的以下详细描述，其中：
图1是根据本发明一个实施例的设备的各***的框图；
图2是根据本发明一个实施例的第一壳体的各***的框图；
图3是根据本发明一个实施例的第二壳体的各***的框图；
图4A是沿着纵轴取得的根据本发明一个实施例的第一壳体的截面图；
图4B是沿着纵轴取得的根据本发明一个实施例的第二壳体的截面图；
图5是根据本发明一个实施例的设备的各部件的分解图；
图6是根据本发明一个实施例的感测器的截面图；
图7A是根据本发明一个实施例的第二壳体的截面图，该截面图示出压电式压力感测器配置；
图7B是压电式感测器部件的侧视图；
图7C是图7B的压电式感测器部件的俯视图；
图8是根据本发明一个实施例的设备的***板组件的俯视图；
图9是图8的***板组件的仰视图；
图10是沿着纵轴取得的根据本发明一个实施例的设备的截面图；
图11是根据本发明一个实施例的充电/校准台（stand）以及设备的一个实施例的图示；
图12是根据本发明一个实施例的设备的电力和数据接口的功能端视图以及引脚的具体侧视图；
图13是描述根据本发明一个实施例的方法的流程图；
图14示出根据本发明一个实施例的设备；以及
图15示出根据本发明一个实施例的具有感测器模块的设备。
具体实施方式
图14所示的根据本发明一个实施例的设备200被配置成用于可取回地植入个体。应当注意，术语“植入”或“***”在本公开内容中可互换地使用且应当被宽泛地解释为将该设备放置在个体内。植入个体允许设备200执行个体的体内监视（例如，测量参数等）。在一个实施例中，设备200可被配置成植入个体的身体孔道（orifice）。另外，在个体是哺乳动物的情况下，设备200可被配置成植入嘴部、***、***等。取决于期望植入部位，设备200可不同地确定大小、成形、和/或以其他方式配置。例如，根据本发明的一个实施例的设备200可以是胶囊形状。
该设备包括具有光源206的第一壳体202。光源13被配置成照射第一壳体202的外部环境的区域（即，“视场”）。光源206可以是发光二极管（“LED”）。光源206可位于第一壳体202内，以使第一壳体202保护光源206不被可存在于植入部位中的任何体液弄脏（foul）。在这些实施例中，第一壳体202或者第一壳体202的至少一部分可以是透射的，以使来自光源206的光可穿过第一壳体202。光源206可被配置成照射在设备200的前端的视场（当设备200被配置成具有端部，例如胶囊形状等时）。替换地，光源206可被配置成照射在设备200的后端的视场或者在设备200的一侧的视场。如适于设备200的用途，视场可以是宽的或者窄的。如适于设备200的用途，照射可具有任何亮度和色彩温度。
设备200可包括置于第一壳体202内的图像捕捉设备208。图像捕捉设备208可以是例如静态相机、摄像机、或者能够进行静态图像捕捉和视频捕捉的相机。例如，图像设备208能够捕捉三维图像信息。例如，图像捕捉设备208可包括彼此间隔开一固定距离的多个图像感测器。以此方式，每一图像感测器将从不同的角度捕捉场景的视图，并且可合并这些透视图像以提供三维图像数据。图像捕捉设备208可以是例如红外相机和/或可见光相机。图像捕捉设备208被放置成捕捉至少一部分视场的一幅图像（或多幅图像）。第一壳体202的至少一部分是透射的，以允许光穿过图像捕捉设备208。例如，第一壳体202的至少一部分可以是清晰的（即，透明的）。在一个实施例中，第一壳体202的一部分可成形为用于图像捕捉设备208的透镜。透镜可被配置成显示放大视图、广角视图等。在特定情况下，透镜可使图像捕捉设备的光学视图变形，例如，透镜可以是能够宽视场但使图像失真的所谓的“鱼眼”透镜。第一壳体的一部分可被配置成用作滤光片，以滤除特定波长的光使其无法到达图像捕捉设备208。
设备200还可包括被配置成可移除地连接到第一壳体202的第二壳体204。例如，第二壳体204和第一壳体202可彼此螺纹连接、彼此夹合、或者以可移除的方式附连。这种可移除连接允许根据本发明的设备200灵活地配置有附加模块（在下文中进一步描述）、和/或重新配置成包括在其中具有不同部件的不同的第一或第二壳体。
设备200的第二壳体204还包括感测器210。感测器210可被配置成用于监视（例如，测量等）个体的参数。在下文中进一步描述感测器210的各个实施例。
设备200还包括附连到第一壳体202、第二壳体204、或者两者的配件212。配件212用于从植入部位取回设备200。配件212可以是用于使设备200与钩子或类似工具勾连（snag）的孔道、用于紧固带螺纹工具的螺纹孔道、用于抓握设备200、供用于取回设备200的工具使用的部位、或者有助于取回设备200的其他配置的细线（string）、杆子（rod）、或者任何附属物。
在根据本发明的设备200的一个实施例中，感测器210电连接到图像捕捉设备208。以此方式，感测器能够生成用于控制图像捕捉设备208的操作的信号。
根据本发明的设备的感测器可以是能够测量存在于植入部位的体液中的分析物浓度的分析物感测器。例如，分析物感测器能够测量相对较小的分子（例如，葡萄糖等）或者相对较大的分子（例如，蛋白-血红蛋白等）。在下文中进一步描述这些分析物感测器的能力、功能和结构。分析物感测器的一个实施例被配置成获取体液中的分析物浓度的至少一个测量结果。分析物感测器可被配置成获取多个测量结果。分析物感测器可被配置成进行连续测量。在图6所示的分析物感测器的一个实施例44中，分析物感测器37包括溶胶-凝胶材料中的感测器物质50。溶胶-凝胶材料包括从溶胶-凝胶工艺获得的材料。感测器物质50被配置成可逆地与感兴趣的分析物进行反应。取决于分析物感测器37的分析物和配置，感测器物质50能够以小于或等于约1秒的速率对分析物进行采样。分子越大，采样速率可越高，或者分子越小，采样速率可越小。此外，分析物感测器本身可被设置在壳体内或者壳体外部。
当感测器物质50与感兴趣的分析物接触且电磁激励能量由感测器物质50接收时，该感测器物质将发射电磁能量。另外，感测器物质50可暴露于光能量形式的电磁激励能量。这种感测器物质50还被配置成对感兴趣的特定分析物（例如，葡萄糖等）起反应。当这种感测器物质50暴露于感兴趣的分析物和激励能量时，感测器物质50将发射能量，例如感测器物质50可发荧光。可使用其他形式的电磁激励能量（例如，红外线、紫外线等）。感测器物质50可被配置成以不同的方式和不同的形式发射能量。例如，感测器物质50可被配置成发射经调制的光能量、或者特定波长的能量等。
可使用多种感测器物质。例如，阵列可由多种感测器物质构成，每一感测器物质被配置成对感兴趣的不同分析物作出响应。以此方式，可同时测量多个化学参数（例如，多种分析物的浓度）。
根据本发明一个实施例的设备200的感测器物质50被配置成与体液接触。在一个实施例中，感测器物质50可位于第二壳体204的外边界内。在这一实施例中，第二壳体204的各个部分可包括一个或多个孔52，体液可穿过该一个或多个孔52移动以与感测器物质50接触。诸如但不限于隔膜45或网眼的覆盖材料可覆盖孔52，并且允许体液穿过。在另一实施例中，感测器物质50位于第二壳体上，以使感测器物质50暴露于体液而对应体液的固体颗粒不进入设备200。
在本发明的一个实施例中，分析物感测器44被配置成生成用于控制设备200的信号。另外，分析物感测器44可被配置成生成到图像捕捉设备208的信号，从而图像捕捉设备208将捕捉图像。在另一示例中，分析物感测器44可被配置成检测血红蛋白并触发图像捕捉设备208以捕捉多幅图像。这一实施例对检测可能正在出血的个体的各部分并对其进行摄影是有用的。其它感测器配置也是可能的且在本发明的范围内。
本发明的设备200的各个实施例的分析物感测器44还可被配置成连续地测量体液中的分析物浓度。在一个实施例中，分析物感测器44被配置成可逆的。如本文中所使用的术语“可逆的”或“可逆性”是指分析物感测器44随着样本内的样本浓度的增减以连续的方式检测分析物在样本内的存在性以及以无偏差（unbiased）的方式这样做的能力。通过检测指示分析物浓度的信号来标识分析物的存在。可通过缺乏可检测信号或者未显著地不同于背景信号的信号来标识分析物的不存在。在重新暴露于分析物之后，可再次记录该信号。在信号测量时的一时间点，感测器的直接（immediate）环境中的分析物浓度随时间的任何变化导致容易与样本中的分析物浓度相关的来自感测器的信号。该信号还是在该特定时间点的分析物浓度的准确且精密的测量结果。感测器和分析物之间的反应的可逆性允许以连续的方式检测分析物，并且需要温度或压力不变、或者其他手段（例如，pH值摆动、增溶剂（chaotrope）、变性剂等）来使分析物与感测器脱离/分离。已成功地使用用于在几个月的时间段内可逆且连续地检测分析物的本方法。例如，在至少30天的时间段内以最小偏差（相对标准偏差≤5%）连续地检测到来自化学感测器的信号30。分析物感测器44的可逆性可通过物理或化学手段来执行。另外，在多次测量之间，可采用光纤刷来清洗分析物感测器的活性表面。在另一示例中，分析物感测器44可被配置成在分析物流过感测器时检测分析物。
在根据本发明的感测器的另一实施例中，感测器包括键合到光学活性（例如，荧光等）的报道分子的抗体形式的感测器物质。抗体被配置成与感兴趣的分析物进行反应。报道分子被配置成通过发射电磁能量（独立地或者在存在激励能量的情况下）对与分析物的反应作出响应。分析物可由感测器捕捉以供分析（例如，ELISA测定等）。
感测器还可包括配置成检测由感测器物质50发射的电磁能量的检测器17（参见例如图4B）。例如，在具有荧光或者其他荧光报道能力（例如，上述基于溶胶-凝胶的方法和基于抗体的方法等）的感测器中，检测器17可用于感测通过这种动作发射的能量。在一个实施例中，检测器17是监视所发射的能量的CMOS检测器。在另一实施例中，检测器17是CMOS检测器阵列。将CMOS检测器配置成对特定波长的光起反应在现有技术中是公知的。在一个实施例中，检测器17是光电二极管。设备200还可包括与用于基于检测到的电磁能量而测量分析物浓度的检测器17电通信的控制器34。控制器34可将检测到的电磁能量与已知值进行比较，或者可基于已知电磁响应专用的算法来计算分析物浓度。
感测器物质50可能需要电磁激励能量以在存在分析物时作出响应。在一个实施例中，通过第一壳体的光源13将电磁激励能量提供给感测器物质50。如果采用附加光源，则这些光源还可提供所需的电磁激励能量。感测器物质50可接收通过环境照射的能量，或者该能量可被定向为例如通过光纤电缆的光通道。在另一实施例中，分析物感测器37还包括配置成将电磁激励能量提供给感测器物质50的电磁激励能量源13。例如，能量源13可以是配置成发射特定波长或波长范围的光的驱动LED。驱动LED还可产生经调制的信号以有助于计算分析物浓度。
感测器210可以是用于测量壳体的外部环境的物理参数的参数感测器。例如，物理参数可以是声音、pH值、温度、压力、运动（3轴加速计）等。参数感测器可包括二极管、电容压力感测器、以及话筒。可调适如在现有技术中已知的其他参数感测器以供在该设备中使用。参数感测器可包括配置成测量压力的压电材料。
图4A和4B所示的根据本发明的一个实施例的设备还可包括设置在第一壳体1中的第一壳体感测器38。第一壳体感测器38可具有任何类型，诸如以上所述的那些类型。
图15所示的根据本发明的一个实施例的设备300可包括一个或多个感测器模块316。每一感测器模块316被配置成可移除地连接在第一壳体302和第二壳体304之间。每一感测器模块316具有设置在其中的至少一个感测器318。以此方式，根据本发明的多个实施例的设备300可被配置有一个或多个感测器模块316，这些感测器模块316具有根据个体需求而选择的相同或不同的感测器318。随着个体需求变化或被更好地理解，设备300还可被取回、重新配置和重新植入。例如，可植入设备以（经由感测器）检测温度且通过图片进行监视。如果温度上升到确定阈值以上，则可取回和重新配置该设备以使其具有能够检测感染的感测器模块。例如，感测器模块的感测器可具有分析物感测器。然后，可将重新配置的设备重新植入个体。
在一个实施例中，该设备还可包括3轴加速计32。在另一实施例中，感测器可以是3轴加速计32。作为示例，这可记录患者动作，诸如在怀孕期间可指示早产的痉挛（cramping）或者用于辅助治疗糖尿病的日常能量监视。
设备101还可包括发射机、接收机、或者两者（单独地或者以收发机的形式）。发射机和/或接收机可与图像捕捉设备、感测器、或者两者电通信。在一个实施例中，使用配置成将所收集的数据发射到外部设备的收发机。例如，收发机可将来自感测器、图像捕捉设备、或者两者的数据发射到由操作人员监视的控制台。收发机还可接受用于控制该设备的***的命令。应当注意，术语“收发机”以及“发射机和/或接收机”在本公开中可互换地使用，并且作为配置成发射和/或接收信息的至少任何设备应当给予最广义的解释。在一个示例中，收发机可将数据发送到操作人员的控制台，其中操作人员可检测其中图像应当由图像捕捉设备捕捉的状况。其他功能将从在设备中包括收发机得到。
设备200还可包括电子存储设备214，例如存储器设备。电子存储设备214可存储来自感测器210和/或图像捕捉设备208的数据，以供稍后检索这些数据。
本发明还可体现为监视个体的方法100。该监视可将如上所述的可取回植入的设备用于个体的体内监视。方法100包括提供可取回设备（103）。该设备可具有本文中所描述的其中该设备包括具有用于照射视场的光源的第一壳体的任何实施例。该设备的第一壳体还具有放置成捕捉至少一部分视场的图像的图像捕捉设备。该设备还包括具有感测器的第二壳体。第二壳体被配置成可移除地连接到第一壳体。该设备还包括用于取回该设备的配件。
方法100包括将可取回设备植入个体（106）的步骤。如上所述，可植入（***）身体孔道，例如（哺乳动物的）嘴部、直肠、***等。可取回设备用于进行个体的第一性质的至少一次测量（109）。例如，该设备的感测器可以是分析物感测器，并且分析物感测器可用于测量个体的体液中的分析物浓度。在另一示例中，感测器可以是用于测量诸如但不限于温度、压力、声音、或pH值的物理参数的参数感测器。感测器可对个体的性质进行连续测量。可取回设备的配件用于从个体的植入部位取出可取回设备（112）。
方法100可包括使用图像捕捉设备来捕捉个体的一部分的至少一幅图像（115）的步骤。个体的该部分接近于可取回设备。另外，在可取回设备***个体的***的情况下，图像捕捉设备可用于捕捉个体的宫颈的图像（包括静态、视频、3D等）。感测器和图像捕捉设备可电连接，并且方法100可包括使用基于至少一次测量结果而生成的触发信号来控制图像捕捉设备的操作（118）的步骤。例如，在其中可取回设备***个体的***的以上示例中，感测器能够测量运动或压力（例如，在分娩期间由收缩引起的）并生成到图像捕捉设备的信号以捕捉宫颈的图像。以此方式，医疗专家可监视在分娩期间个体的宫颈的扩张。
可取回设备可具有发射机和/或接收机。发射机可被配置成发射从感测器和/或图像捕捉设备接收到的信号（121）。例如，可将感测器测量到的值发射到外部设备，以供操作人员监视。类似地，在另一示例中，图像捕捉设备捕捉到的图像可通过发射机发射到外部设备。接收机可被配置成接收来自外部设备（例如，远程发射机等）的信号。以此方式，使用外部设备的操作人员可触发图像捕捉设备来捕捉图像和/或触发感测器以进行至少一次测量。
方法100还可包括配置可取回设备以进行个体的第二性质的至少一次测量（124）的步骤。例如，第二壳体（以及感测器）可与第一壳体断开，并且第二壳体可调换成具有不同感测器的替换第二壳体（并且重新连接到第一壳体）。在另一示例中，第二壳体可与第一壳体以及调换成替换感测器的第二壳体内的感测器断开。在另一示例中，各自具有至少一个感测器的一个或多个感测器模块可连接在第一壳体和第二壳体之间。以此方式，可取回设备可以各种方式中的任一方式重新配置，从而进行第二性质（或若干性质）的测量。
将配置成用于测量第二性质的可取回设备重新植入个体（127）。而且，可取回设备用于进行个体的第二性质的至少一次测量（130）。
在下文中提供上述设备和方法的附加示例性实施例。
供***使用的胶囊可小到足以容易地***，在连续使用的几天中起作用，并且在生物学上是惰性的。传输信号强到足以被远程接收机接收，并且接收机可小到足以由个体携带。在一个实施例中，远程接收机是具有存储和通信特征的移动电话或手持计算机设备。每一胶囊可使用256个可用数字传输通道之一来传送或接收数据，从而减少来自附近的其他发射源（或者其他胶囊）的干扰。结合胶囊接收机和外部胶囊接收机操作的胶囊发射机可结合自适应发射机功率电平控制算法。可自动地调整发射功率以产生最低的数据误差率。该方法通过将发射功率电平限制到产生低误差率发射所需的最低值来减少胶囊的耗电。
本发明宽泛地提供了实际上通过******的胶囊，该胶囊被安排成在个体内感测一个或多个化学和/或生理学参数，并且将这些参数发射到体外接收机。在使用中，胶囊和接收机执行用于连续地确定哺乳动物的***内的化学品浓度和生理测量结果的方法。这些测量结果允许在怀孕期间远程可视地监视宫颈开口。在***解剖结构处于视频监视的时间期间，存在通过连续地感测哺乳动物的***腔的液体中的化合物和蛋白（参见美国专利6,241,948和6,589,438）而获得的附加优点。该突出部分是关于这些技术组合的好的要素。胶囊的先前实施例不能提供关于患者的身体动作的数据，也不能量化在怀孕后期发生的收缩的幅度、持续时间和频率。通过结合覆盖60%的胶囊外壳周边的两个基于压电箔片（foil）的压缩力（压力）感测器且将三轴加速计结合到胶囊内，可收集关于患者身体动作和收缩的数据。胶囊可监视母亲和胎儿的心率。胶囊还包含用于监视患者的***温度且辅助化学和物理感测器的校准以确保高精度测量的高分辨率、快速响应的温度感测器。***温度有助于监视感染或者哺乳动物的荷尔蒙周期以评估生殖力。
方法的一个实施例包括以下步骤：***和佩戴***胶囊，该***胶囊具有针对化学和物理特性的一个或多个感测器；从胶囊发射信号；接收所发射的信号；确定哺乳动物的***液体中的物质的实时浓度；以及确定***腔和宫颈开口的实时物理性质作为一个或多个所接收信号的函数。接收到的数字摄影信号还指示对一个或多个所感测参数进行化学和物理测量时的视觉状态。胶囊可包含提供外部或内部（预编程）按需采样功能的接收机，这些功能可根据感测参数的预设阈值发起或者由实时地检查从胶囊发射的信号的临床医生发起。另外，可将胶囊捕捉到的数据发射到用于监视胶囊的个人计算机（PC）或者患者佩戴的设备，诸如包含收发机和显示器的腕表或者具有BluetoothTM应用的智能电话。
胶囊可由小的一次型电池或者二次（可再充电）型电池供电。本发明结合用于任一类型的电池化学性（chemistry）、校准和再充电***的激活***，该电池化学性、校准和再充电***提供可在同一个体中使用一个月或更长时间的设备。将选择用于***药丸外壳的材料以允许在同一患者体内的多次使用之间使用FDA认可的清洗剂。
该设备的一个实施例可能不包括化合物感测***及其相关联的检测器。本实施例可产生能够测量患者动作、来自母亲和胎儿的心率、***收缩、以及***的视觉观察的设备。对于本实施例，按需采样功能可由如加速计、心率、温度和压力感测器感测到的收缩的开始发起。
该设备的一个实施例不会包括化学感测***及其相关联的检测器。本实施例可包括相机、加速计、以及声音和压电式压力检测器。本实施例可产生能够测量患者动作、母亲和胎儿的心率、收缩的频率和持续时间、并且提供***的摄影图像的设备。对于本实施例，按需采样功能可由如加速计和温度感测器感测到的收缩的开始发起。
在一个实施例中，化学性感测器设备包括有电池和发射机-接收机，且用于监视有需要的糖尿病患者体内的***液体中的葡萄糖浓度。
图1、2和3示出主要电子部件及其电互连作为本发明的若干实施例的一般化功能框图。在这些附图中未示出支持每一主要功能块的分立部件。图1示出用于产生体现本发明的单一设备的各部件。图2示出使用适于低成本的一次性设备的部件且监视怀孕妇女的***和宫颈状态的本发明的一个实施例，该一次性设备还支持远程医护人员检查。图3示出具有模块化化学感测***、由此扩展图2所示的实施例的功能的一个实施例中的各部件。
在本发明中使用的电子部件可包括图像捕捉设备14。例如，图像捕捉设备14可以是小（2mm X2mm）的CMOS、有视频能力的彩色相机。相机可具有良好的低感光性。相机可被安装在该设备的前（第一***）端。相机动作可以是事件驱动的，以降低耗电，并且确保为了找到感兴趣的区域不必观察大量图像数据。图像可被显示在蜂窝电话屏幕或监视设备上，从而允许患者或者治疗患者的医护人员调整胶囊定位。可从蜂窝电话发射图像以供进一步处理。监视数据输出的临床医生可激活相机。另外，如果感测到的数据参数超过预编程阈值，则胶囊的内部程序可激活相机。CMOS相机能够在静态帧和连续视频的模式中操作。
静态帧（单一图像）操作的示例可包括加速计何时示出可指示患者进入分娩的收缩和动作的密集频率。该事件或者一系列事件可激活该设备的相机功能以确定宫颈开口的状态。连续视频模式可证明对于观察收缩动作、监视宫颈开口的大小、检查来自宫颈的异常***、或者直接观察诸如由感染引起的出血或***之类的状况是有用的。在一个实施例中，图像和加速计可独立地跟踪数据，例如在加速计侧监视身体动作，同时在图像侧监视宫颈或***腔功能。本实施例被设计成佩戴短时间段并捕捉实时图像。在大多数而非所有实施例中，***该设备以使相机向前。可通过使用可移除的端帽将复原配件放置在该设备的相对端。
还应当注意，可移除端帽63可以是***胶囊的一次性实验室模块部件的附连点。该模块可对许多状况进行实验分析。实验室模块的一种配置是限定可激活相机模块以捕捉图像的状况。一个示例包括：借助于生物标记检测感染、出血或癌症；以及随后发出在可通过检查视频信号或静态帧摄影的视觉检查来确定出血源、感染源或癌症源的情况下对宫颈开口成像的命令。可将来自图像捕捉设备14的图像和视频传递到缓冲存储器（未示出）以供存储，直至外部监视设备请求数据传送。
如果目标是监视诸如糖尿病患者体内的葡萄糖之类的化学条件或者另一实施例中的在生殖力检查或荷尔蒙补充疗程中有益的***液体生物标记、或者监视诸如器官功能的生物标记、新陈代谢功能、或者疾病检查或诊断之类的化学条件，则实验室模块可独立于相机模块运行且通常可独立地运行。每一生物标记可测量一次或者在胶囊模块的电池寿命内连续地测量。
当每一模块可独立于彼此地作用以执行其功能时，一个实施例可包括相连接的第一壳体1和第二壳体2。组合部件可包括一次性实验室模块的短持续时间特征，并且这些功能在对成像模块的数据驱动指示下相互作用以在限定状况（诸如待产或者开始感染）下拍摄图片或影片。
在一个实施例中，一个或多个光源13（例如，发光二极管（LED））可以定向的方式排列以提供足够的照度。LED可以是包括白色的任何颜色。对于单帧相机操作，LED可在高功率脉冲闪烁模式中操作，或者对于视频记录，LED可在脉冲串（burst）照度模式中操作。微处理器34、灯电路12、以及电源开关33可控制操作模式以及LED与相机的同步。灯电路12可在相机静态帧模式中提供高功率、短持续时间的脉冲以使光源13闪烁，或者在连续视频模式中提供与用于相机操作的相机帧速率同步的连续的低功率、短持续时间的脉冲。相机LED同步、模式、图像存储和触发可由微处理器34控制。
在实验室模块中，包含在液体中的分析物的化学感测可在一个实施例中由包括全部受微处理器34控制的LED驱动器31、感测器LED16、感测器单元37、以及感测阵列17的***实现。微处理器34可发起以预编程采样率或者通过外部触发器对样本进行的采样。由于先前感测到的参数阈值交叉事件，还可修改采样率。可以每一采样间隔激活LED驱动器31，由此点亮可向感测器单元37的输入侧提供光辐射且集中在该输入侧的多个感测器LED16。例如，可存在4至6个感测器LED16。在一个实施例中，感测器单元37填充有与合适的渗透（osmotically）活性大分子组合的生理盐水（0.91%w/v的NaCl），从而在胶囊位于哺乳动物体内时不影响该胶囊内部的液体的净损耗。胶囊还可包含一个或多个基于活性干凝胶、对分析物作出响应的部位。可配制每一干凝胶部位，从而根据其光谱签名（例如，电子吸收、偏振、荧光的光电发射、磷光或化学发光、和/或拉曼光谱等）的变化对特定分析物作出响应。感测器单元37可具有包含在该单元内的多个化学感测部位。可通过缠绕具有半透性（semi-permeable）隔膜的单元的外周边来实现干凝胶感测器部位和环境液体之间的液体传递。允许流体和溶解的化学物质在胶囊中的液体和环境中的液体之间达到平衡。在隔着半透性隔膜达到平衡之后，感测器部位处的浓度将与环境液体的浓度相同。光谱滤光片可位于干凝胶感测复合物下方，从而减少不在期望光谱信号的频带中的电磁辐射从干凝胶感测部位的传输（吸收、发射、偏振、散射）。感测阵列17（例如，高分辨率互补金属氧化物半导体（CMOS））检测器阵列可监视来自多个干凝胶部位的光辐射并检查活性部位。可将激活水平作为模拟值传递到微处理器34，该激活水平可被数字化、存储、报道为相对于时间的浓度，并且可被进一步处理以确定是否保证事件发起。
在一个实施例中，第一壳体1包含用于测量患者运动的幅度、频率、加速度和方向的3轴加速计32。来自该设备的数据可提供关于患者日常身体活动的详细信息。加速计数据还可结合来自第一壳体1中的胶囊压力感测器的数据使用以分析和监视在怀孕后期的几个月中的收缩。加速计数据还可结合来自胶囊压力感测器的数据使用以分析和监视收缩。在此，值得注意的是收缩为最后一个***中的“痉挛”，并且对这些信号的分析可用于监视针对缓解疼痛和不适给予治疗的效果。数字化、对数字化数据的处理、数据存储、以及加速计的测量间隔可由微处理器34控制。在本发明的一个实施例中，可周期性地且按需改变实验室模块，以提供对来自患者的化学和生物标记数据的连续监视。
为了监视作为在怀孕后期的几个月中的待产指示的收缩，如图2所示的本发明的一个实施例结合两个压电聚合物箔片式压力感测器7、对这些感测器的输出电压提供滤波和降噪的两个结场效应（JFET）运算放大器29、驱动这些放大器的高分辨率电压基准53、电源开关33、热敏电阻38、以及缩放电路30来测量患者温度，从而在计算由压力以及其他感测器读取的值时进行补偿。压电感测器和热敏电阻两者可位于外表面附近的胶囊内。胶囊壳可由半刚性塑料或低硬度计、FDA认可的密封剂构成。这些以及其他材料可将收缩力传输到压力感测器。将热敏电阻定位在药丸的外壳表面附近减少了环境组织和感测器之间的热滞后时间，由此实现对组织温度变化的更快的感测器响应。
微处理器34可控制第一壳体1和第二壳体2的功能，这些功能包括数据存储、数据传输、命令接收、内部相机控制和远程相机控制两者、CMOS感测器阵列操作、加速计操作、压力感测器采样和温度测量、以及感测器补偿和校准。电池节电还可由微处理器34通过供应可在有效测量和传输时间段之间使用的各种低功率操作模式来控制。给每一功能模块的电力可由微处理器34经由电源开关33通过一旦每一***完成任务就关闭该***来控制。以此方式，使胶囊的平均耗电最小化。包含微处理器的集成电路还可包含全双工软件无线电收发机，该收发机顺应802.11a并且一旦微处理器数据存储器变满就能够发射所收集的数据和视频。微处理器还可从外部监视设备（诸如蜂窝电话）接受用于控制胶囊的子***的外部命令。在一个实施例中，提供天线36。该天线36可包括分数波长陶瓷芯片型天线。天线性能和设计可被建模为包括邻近的电池外壳来优化RF性能的组件。可使用一系列可编程寄存器来实现无线电，这些可编程寄存器允许对性能进行软件调谐并供应256个传输/接收数字通道。
在本发明的一个实施例中，电池39由并联连接放置的两个可再充电纽扣电池构成。例如，电池化学性可具有额定满充电电压为3.4至3.7伏特的锂离子二次化学性。电池端子22和23可被集成到胶囊的外壳，并且可使用非腐蚀金属（诸如金）来制造。充电端子可位于胶囊组件的一侧。在一个实施例中，为了激活胶囊，在使用之前通过用与胶囊的电池端子位置对准的尖头（pointed）充电端子刺破胶囊的顺应外壳对电池进行充电。在本实施例中，胶囊电池端子被自愈硅酮橡胶化合物覆盖，该化合物使胶囊在一旦完成充电就移除充电端子时维持外部密封。
第二壳体2还可由一个或多个不可再充电的纽扣电池构成的一次性电池39供电，或者可使用可再充电电池的化学性单元，如图3所示。
图4、5和12示出用于本发明的模块化方法特有的附加细节。图4示出第一壳体1中的独立感测模块以及第二壳体2中的化学感测模块两者的一个实施例。如图所示，具有模制夹具（grip）64的独立操作端帽63被装配到胶囊。该盖可拧到胶囊上，或者模制卡合（snap）配置可用于紧固盖。可使用模制夹合特征64容易地移除盖（以供电池替换或充电）。可使用薄的“O”形环62来实现胶囊的密封。电源开关被结合到盖以及电源和接口板65中。对于第一壳体1的独立操作，可使用接口板65的中心和第一蚀刻的导电同心环来形成电源开关。盖上的引脚（即，细节A）可短路两个连接点以激活该模块。在一个实施例中，该方法向每一环提供4个连接点，以消除对准问题。
图12中的接口板集合65和69可包含在第二壳体2的化学感测单元模块66和第一壳体1之间提供数据接口所需的那么多同轴环和引脚。第二壳体2可包含它自己的微处理器来处理和格式化感测到的数据。然后，将该信号传送到第一壳体1，从而无线地传输到接收设备。可使用刚柔性（rigid flex）PCB配置来制造这些模块两者以及复合胶囊。参见图8和9。对于每一实施例，各部件的位置和数量将是不同的。
图5示出第一壳体1的一种组装顺序。该组装方法可简化组装，由此降低成本和组装误差。该组装方法还支持子组件过程中（in-process）测试，以增加可靠性且降低该设备的产物散落。
图6是可在第一壳体1、第二壳体2、或者这些壳体的组合中使用的化学感测单元37的详细绘图。可在工厂预先制造和校准感测单元37。在诸如图3中的模块化感测***的示例中，感测单元模块可由患者拧到或者卡合到第一壳体1上，并且该动作还可激活两个壳体的电源开关以进行实验分析和数据报道。感测单元37可由具有两个内唇缘42和47的注塑成型的圆形外壳43构成。在一个实施例中，前唇缘42具有较大的开口直径，而后唇缘47具有较小的开口直径。例如，前唇缘开口可以是12mm，而后唇缘开口可以是9.6mm。这些特征被设计成提供清晰可见的窗口41和49的附连点和密封点。较大的前唇缘开口42提供了用于经由通过唇缘42产生的开口使用该单元后面的较小直径的窗口49从该设备前面组装单元窗口的一种简单方法。例如，前窗口41的直径可以是15mm，而后窗口49的直径可以是11mm。在另一示例中，两个窗口可以是1.5mm厚的清晰可见的铸塑窗口，以提供>90%的宽带透光率。前窗口和后窗口41和49在刚挠结合组件的图4中的感测单元和基板9之间形成液密密封。外壳56的长度可以是唇缘延伸超过窗口41和49以形成包含感测器LED16和感测器阵列17的刚挠结合组件基板的对准特征。该特征被示为标注51和48。该单元的后窗口可面向感测器阵列17，并且可具有沉积或附连的滤光片46。感测器物质50还可被印刷到该窗口的内表面。感测单元外壳43还可具有模制到提供液体通路的壳周边中的细长槽52。该单元可填充有0.9%w/v的NaCl、生理盐水、以及一定量的高分子量葡聚糖或合适的替换物以维持渗透压力。细长槽52可用半透性隔膜45覆盖，该半透性隔膜45允许液体对该单元的流动/交换。
第一壳体1或第二壳体2可结合压电聚合物压力感测***来测量在怀孕后期的几个月中发生的收缩的幅度、持续时间和频率。该感测***的细节在图7中示出。这些感测器还可提供对患者呼吸的声音感测以及来自母亲和胎儿两者的心率测量。替换地，还可结合小话筒68来提供该功能。
在一个实施例中，两个半柔性感测器7位于自该设备的外表面8起的约2mm处，并且覆盖约60%的药丸周边，如在图7中的侧视图所指示的。该设备的外套可顺应变形，这意味着它将随着每一收缩变形。例如，这可通过形成使用柔性的FDA认可的低硬度计密封剂的壳或者半刚性塑料壳来实现。感测器7可由两个压电膜箔片构成，这些压电膜箔片由偏振含氟聚合物、聚偏二氟乙烯（PVDF）构成。PVDF箔片可被聚合物膜绝缘体5分隔开。可通过向每一箔片的外表面施加铜箔片4来实现与每一PVDF箔片的电连接。双线柔性电路尾部3可被焊接到每一铜箔片4的中心。使用一条聚酰亚胺膜绝缘体99来紧固和覆盖这些连接中的每一连接。可使用放置在组件的外边缘上的柔性弹性粘合剂6将夹层（sandwich）组件保持在一起。收缩力使外表面8变形，该收缩力随后向每一压力感测器施加应变。由于压电效果，响应于该应变产生小电压。可通过低噪声、JFET运算放大器29对该信号进行处理和滤波。可通过微处理器34对经处理的信号进行数字化和进一步处理。可使用热敏电阻38来提供对这些感测器的温度补偿，该热敏电阻38可位于例如从外表面8起的2mm（或者与感测器7类似的距离）处。热敏电阻38还可对LED驱动器31、感测单元37、以及加速计32提供温度补偿，并且提供对邻近环境的温度测量。
图8和9示出支持本发明的多个实施例的电气部件的另一组装方法。该组件包括一系列刚性基板9，芯片级形式的部件附连到基板顶侧和底侧两者。该方法产生对制造进行优化的刚挠结合组件。例如，基板可由组合厚度约为0.35mm的三层FR4印刷电路材料构成。基板9具有支持电路连接的必要导电通路以及集成电路和分立部件的附连覆盖面积。这些基板可使用柔性、绝缘、细间距的扁平电缆组件15来互连，这些电缆组件嵌入基板，从而形成穿过基板中间层直到顶层和底层以及部件的连接。这种配置提供了当如图4和5所示处于平坦形式时可使用自动组装技术填充有部件、但是可折叠成用于模制成胶囊形状或者***预先模制的外壳的形式的组件。
刚挠结合组件的顶侧在图8中示出。图像捕捉设备14、光源13、以及灯电路12位于第一（左侧）基板9的顶侧。第二基板的顶侧可提供感测器单元LED16的安装焊盘。感测器阵列17驻留在第三基板的顶侧。感测器单元37可被安装在这两个基板之间的区域中，其中端子21形成负电池连接而端子25形成正电池连接。可使用位于电池和基板9之间的柔性引线来连接端子25。可通过在镍上将金镀覆到铜柔性端接焊盘来形成外部电池端子22和23。支持每一主要***功能的每一必需分立部件的位置将通过优化印刷布线来确定。每一基板9可包含表面安装技术封装形式的部件。多条接地迹线19和正电池迹线18可用于减少噪声和电源***阻抗以支持高电流脉冲加载。收发机输入/输出之间的连接可使用第三基板的顶部与其中可安装有芯片天线36的第四基板的底部之间的经屏蔽的条形线20来实现。
图9示出组件的底侧的示例性部件布局。第一基板9（左边）可包含用于处理压电式压力感测器的输出和热敏电阻38的输出的JFET运算放大器29。感测器电压基准和电源开关电路53还可位于该基板上。支持该电路的分立部件28还可位于该基板表面上。压电感测器7和热敏电阻38的柔性尾部连接10、11可被设置在该基板上。第二底侧基板可提供三轴加速计32、感测器LED的驱动电路31和电源开关33的安装焊盘。第三基板9可包含微处理器34以及具有RF匹配部件的芯片级封装中的收发机集成电路。第三基板和第四基板之间的柔性尾部连接包含条形天线迹线20、电源、以及接地连接。天线36可附连到第四基板，且外部正电池充电连接23还可源自该基板。连片35还可附连到该基板。该连片包含与微处理器34的接口的连接。该接口可用于最初的设备和无线电编程以及生产期间的过程中测试。在测试完成之后，可从基板9移除该连片。第五基板可为附加部件提供空间，这些部件可包括用于感测到的数据和视频的数据存储的基于闪存的存储器。使用该板上存储器可通过降低数据传输的频率来增加电池寿命，并且将提供在操作期间收集的所有数据的备份记录。
例如，如果将使用二部件室温介质粘性材料来封装组件，则可使用具有用于使基板正确地对准的特征的模具来实现刚挠结合组件的折叠。替换地，可使用还可具有对准特征且允许***塑料壳的最终配置中的基板、感测单元和电池的粘合固定的固定装置。
电池39和感测单元37的位置在图10中清楚地示出。图像捕捉设备14可需要短聚焦长度的透镜。一旦折叠，基板9之间的柔性互连电缆15可交替地落在组件的前侧和后侧。可使用具有铜电池端子的聚酰亚胺膜40来实现电池39的负端子之间的并联连接。可使用柔性尾部57来实现正电池端子和第五基板的顶部之间的连接。可通过使用基板之间的柔性尾部15的***来携载负电池连接。
可将图11中的对准特征53添加到封装模具以提供用于使胶囊在充电/激活支架内正确地对准的方法。例如，这些特征可由模制到设计成与充电/激活支架胶囊保持组件内的类似几何柱配合的组件中的浅井组成。这将确保外部电池端子22和23将与充电/激活支架内的尖头端子的正确极性正确地配合。如果胶囊未正确地***充电/激活支架，则胶囊将在支架中过高以致于不允许尖头端子穿透胶囊壳。
在图10中示出外壳轮廓56。在本实施例中，热敏电阻38和压电感测器7靠近外壳56定位。
为了便于容易地移除药丸，可提供DacronTM环套27。该环套可固定到第一壳体1的端帽63以及第二壳体2的模塑端。当两个模块拧在一起或卡合在一起时，在内部使用小塑料板26将该环套紧固到第二壳体2的端帽或者胶囊体。
图11示出胶囊的充电/激活和校准支架的一个实施例。充电/激活支架可包括塑料壳，该塑料壳包含设计成使胶囊保持激活校准和充电的胶囊固定井54。可包括两个柱式特征55并将其设计成通过与对准井54配合来确保胶囊在支架中正确地对准。可提供两个尖头的电池充电引脚55并将其设计成将胶囊的电池端子22和23上的自愈硅橡胶盖刺破。充电/激活和校准支架可包括设计成在操作期间监视和控制胶囊的无线电收发机。支架可包括USB或PC接口以及USB供电电池充电电路。USB接口可支持在操作期间PC上的数据显示、在移除药丸之后的数据下载、以及在使用之前对药丸的编程。设计成使胶囊在充电和校准期间保持在适当位置处的铰接盖可用于在这些操作期间紧固药丸，该特征未在图11中示出。在操作期间，还可使用患者佩戴的设备（诸如包含收发机和数据显示器的腕表、或者具有用于数据接收的BluetoothTM应用、与药丸进行通信、以及显示所收集的数据的智能电话）来监视所收集的数据和药丸状态。在监视设备（例如，蜂窝电话、PC屏幕等）上显示由图像捕捉设备14捕捉的图像和视频。用户可优化图片质量，并且参与监视其状况且将该信息传递到医护人员。
本发明的一个实施例不会包括化学感测***及其相关联的检测器。本实施例可产生能够测量患者动作、来自母亲和胎儿的心率、***收缩、以及***的视觉观察的设备。对于本实施例，按需采样功能可由如加速计、心率、温度和压力感测器感测到的收缩的开始发起。
该设备的另一实施例不会包括化学感测***及其相关联的检测器。本实施例可包括相机、加速计、以及声音和压电式压力检测器。本实施例可产生能够测量患者动作、母亲和胎儿的心率、收缩的频率和持续时间、并且提供***的摄影图像的设备。对于本实施例，按需采样功能可由如加速计和温度感测器感测到的收缩的开始发起。
本发明的各个实施例还包括但不限于以下示例及其组合：
示例1：一种在哺乳动物的***内测量信号时使用的植入式***胶囊包括电源、无线电信号发射机/接收机、以及具有适于发射无线电信号的所述电源以及所述信号的源的启用电路。集成无线电通信组件向设备提供经由无线电传输接受外部命令的能力，对所有数据存储、传输、收集方法、以及数据采样率的所述外部控制，用于根据请求提供设备状态或改变传输模式的所述外部控制。提供针对胶囊对事件的响应进行预编程的能力的内部操作程序包括感测器采样率调整以及基于感测到的数据阈值的CMOS感测器和数码相机的操作。植入式***胶囊的所有功能部件被包装在不可消化的外壳中，该外壳被配置成保持存在于所述***腔中，同时对所述信号进行测量。
示例2：示例1的植入式***胶囊，其中使用纽扣电池型一次化学性电池对该设备供电，并且使用包含在该设备的端帽内的蚀刻开关装置来实现设备激活。
示例3：示例1的植入式***胶囊，其中该信号是***腔的解剖构件或者内部环境的相关联构件的图像的数字化静态帧或视频序列，并且不限于在当前和未来的数字成像技术的能力内的附加成像，这些构件包括但不限于液体、血液和血液成分、损伤、诸如恶性肿瘤（carcinoma）之类的异常解剖结构、以及用于射线照相成像的引入造影物质。
示例4：示例1的植入式***胶囊，其中该信号是诸如温度、声音信号、压力、以及三维空间中的运动之类的物理测量结果。
示例5：示例1的植入式***胶囊，其中该信号是来自该化学品专用的、且具有可由所述***胶囊的无线电部件存储、处理和/或传输的输出信号的测量感测器的化学测量结果。
示例6：示例1的胶囊，其中所述电源包括具有使用自愈硅酮橡胶盖密封的电池端子的一个或多个二次化学性纽扣形电池。
示例7：示例1的胶囊，其中所述发射机在由所述电源启动时发射可在胶囊壳外部检测到的射频（RF）信号。
示例8：示例1的胶囊，其中所述电源消耗由“智能软件”控制，该软件采用多种功率模式来延长电池寿命。
示例9：示例1的胶囊，其中软件监视每一数据传输的接收数据误差率，并且这种信息被自适应RF功率算法用来调整发射机射频（RF）的发射功率输出，由此通过减少所需的重传数量来节约电池电力。
示例10：示例1的胶囊，其中内部非易失性存储器用于存储感测到的数据和摄影图像。
示例11：示例1的胶囊，其中所述接收机提供对包括脉冲串型传输的射频（RF）传输模式的直接控制以降低功耗。
示例12：示例1的胶囊，其中所述接收机允许外部命令请求传输胶囊电池状态、感测器和存储器的状态、控制板上CMOS相机的模式和操作、感测器的采样率、并且控制这些感测器的光学驱动。
示例13：示例1的胶囊，其中所述接收机/发射机能够在256个RF数字通道上操作，这些数字通道提供监视邻近操作但无干扰的多个胶囊的能力。
示例14：示例1的胶囊，该胶囊使用化学感测方法来检测在其存在于***中的整个时间段内的所述***的液体中的化学品。
示例15：示例14的胶囊，其中所述化学感测机制使用对分析物的光谱检测。更具体地，本发明提供其中电磁辐射发生器提供用于化学感测器的基板，且其中在接触分析物之后使化学感测器的光谱性质改性的设备。
示例16：示例14的胶囊，该胶囊提供用于多种分析物的选择性和同时检测以及连续量化的方法、以及通过结合半透性隔膜使非期望物质与连续作用的感测器部位分离以使设备在动物的***中是有用的方法。
示例17：示例14的胶囊，该胶囊具有用于与样本中的特定分析物选择性地反应的一个或多个化学感测器。在缺少分析物的情况下，化学感测器显示感测器的特定基线光谱性质的特性。然而，当分析物存在于样本中时，化学感测器的光谱性质被改性。分析物的检测和量化基于经改性的性质和基线性质的比较。
示例18：示例14的胶囊，其中化学感测器包括在存在分析物的情况下使其光谱性质改性的报道分子。可在报道分子与分析物反应之后直接使该报道分子的性质改性。替换地，报道分子可附着到对分析物具有特定亲合力的模板材料，在此情况下，在模板材料与分析物反应之后使报道分子的光学性质改性。由此，术语“化学感测器之光谱性质”或“化学感测器的光谱性质”是指报道分子的光谱性质，反之亦然。当发射的电磁辐射在可见光谱（例如，约400nm至约800nm）内时，这些性质在本质上可以是光学的。例如，化学感测器可以是选择性地模板化和标记的干凝胶（SSXXT）、具有集成发射部位的蛋白印迹干凝胶（PIXIES）、化学品的表面边界抗体、或者具有附着报道的蛋白。报道分子可以是分子模板化干凝胶内的一个或多个光电荧光报道分子，并且分析物亲合力由干凝胶内的模板部位提供。在另一实施例中，化学感测器是基于荧光钌的染料（三(4,7-二苯基-1,10-菲咯啉)钌(II)（tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium(II)），([Ru(dpp)3]2+)），并且报道分子（[Ru(dpp)3]2+）直接提供与分析物相关的光致发光响应。
示例19：示例14的胶囊，由此可检测到的多种类型的分析物包括液态和气态材料两者。这些分析物包括CO2、O2、葡萄糖、肌酸酐、促乳激素、半胱氨酸蛋白酶抑制剂-A、人绒毛膜促性腺素（HCG）、细胞因子（IFN-γ、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10和IL-12）、其他白介素、缩氨酸、碳水化合物、激素（诸如***、孕酮、***、促黄体素（LH）或促黄体激素、促卵泡激素（FSH）以及其他生殖力生物标记）、血红蛋白、蛋白、肽、杀虫剂、药物、除草剂、阴离子、阳离子、抗原、寡核苷酸、胎儿纤连蛋白、甲胎蛋白（AFP，α-胎蛋白，有时也称为α-1-胎蛋白或α-胎球蛋白）、以及半抗原。可检测到用作用于诊断宫颈、子宫或卵巢中的癌症的生物标记的蛋白，并将这些蛋白与诊断用的宫颈图像一起使用或者不与其一起使用，并且这些蛋白可在本发明的范围内。此外，本发明可指示***腔的液体的pH值和盐度。在本发明的另一实施例中，化学感测器是可用的，并且可在本发明中用于检测诸如多环芳烃、葡萄糖、酮、胺、酰胺、胆固醇、氨基酸、以及肽之类的有机分子的存在。此外，本发明可检测到正常性和病原性两者的细菌和病毒的存在。存在可检测到的更多物质，并且上述列表不应被认为是穷尽的，相反只是代表性的。
示例20：示例14的胶囊，由此可检测到来自化学感测器的与分析物相关的光谱签名。一种配置利用检测设备连同接收和解释***。接收和解释***具有接收由一个或多个化学感测器发射或出射的电磁辐射并将光学信号转换成电信号的接收机。解释器解释接收到的电信号。在一个实施例中，光学信号接收机是基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的阵列，其中在CMOS阵列上的接收表面之前具有滤光片。解释器可包括控制器以及在其上运行有软件的计算机。在该示例中，接收表面连接到控制器。
示例21：示例14的胶囊，其中一个或多个电磁辐射滤波器可被放置在基板和接收表面之间。滤波器选择性地使从接收设备向接收表面移动的期望波长的电磁辐射通过，并且阻止非期望波长。可用于该示例的滤波器的一个示例是美国康涅狄格州斯坦福德市的Roscolux制造的型号Fire#19。该特定滤波器使约515nm以上的电磁辐射通过，并且强烈地衰减约480nm以下的电磁辐射。出于该目的，也可使用其他凝胶型薄膜滤波器或全息陷波滤波器（notch filter）。取决于发生器的波长以及与给定感测器相关联的详情，其他滤波器或滤波器组合是可能的。
示例22：示例14的胶囊，其中要分析的样本被连续地暴露给一个或多个化学感测器，并且接收机部件被放置在正确的位置以准许接收和解释***接收来自所述化学感测器的辐射。
示例23：示例14的胶囊，其中对在操作期间收集的电磁信号进行数字化，从而在感测期间提供数字存储器的输入并且通过无线通信以多个时间间隔发送到接收设备。
示例24：示例14的胶囊，使用基于SSTTX的表面感测器、基于PIXIES的表面感测器、或者基于抗体捕捉的表面感测器。来自这些类型的感测器的与分析物相关的光谱信号在定时间隔的恒定激励或间歇激励下在许多天内是稳定的。由此，化学感测器平台稳定到足以用于在延长的时间段内检测和量化***的液体中的分析物。
示例25：示例14的胶囊，其中本示例提供其中化学感测器可被放置成与电磁辐射发生器接触的检测设备，该电磁辐射发生器可激励这些感测器内的荧光报道分子，从而使得该设备紧凑且适于结合到示例4的胶囊中。此外，在到达化学感测器之前，不对在本发明中使用的电磁辐射进行长距离的反射、滤波或传输。另外，可相对便宜地制造根据本示例的检测设备，并且可容易地大量生产该检测设备。
示例26：示例25的胶囊，其中所述基于干凝胶的感测器平台连续地检测与浓度相关的***液体中的一个或多个干凝胶分子，并且其中通过这些感测器使与分析物相关的光谱信号的强度与***液体中的分析物浓度成比例。
示例27：示例25的胶囊，其中可移除所包含的***液体样本并将其提交给外部实验室以供化学或遗传分析，从而便于医学诊断或医疗判断。
示例28：示例25的胶囊，其中所述基于干凝胶的感测器平台与其分析物分子相关联并与该分析物分子可逆地分离，从而使连续信号仿真能够与***液体中的所述分析物分子的变化浓度成比例。
示例29：示例25的胶囊，其中所述分子分析位置是键合到其配置的特定分析物表面的任何其他复合物或分子，从而使光谱信号仿真能够与哺乳动物的***液体中的所述分析物或所述分子的浓度相关。
示例30：一种用于重复地检测样本中的至少一种分析物的浓度的胶囊设备，包括：在基板上直接形成有至少一个基于SSTTX的感测器、基于PIXIES的感测器、或者基于抗体捕捉的感测器的电磁辐射生成源，该基板进而紧邻电磁辐射生成源，从而含分析物的液体可变成与感测器接触，其中在存在所述分析物的情况下使化学感测器的光谱性质改性。
示例31：示例30的设备，其中电磁辐射生成源是发光二极管。
示例32：示例30的设备还包括具有接收由感测器发射的电磁辐射的电磁辐射接收机且配置成解释接收到的电磁辐射的接收和解释***。
示例33：示例30的设备，其中接收机包括用于使电磁辐射选择性地通过的滤波器。
示例34：示例30的设备，其中制造化学感测机构作为包含基于干凝胶的感测部位、波长滤波器、清晰的密封窗口、辐射源的对准特征、以及检测器的预先组装的装置。
示例35：示例1的胶囊，其中示例34的化学感测单元填充有生理盐水（0.9%）并用半透性隔膜覆盖，该半透性隔膜允许在要感测的隔膜与使用平衡过程配置的化学感测部位之间进行通信。
示例36：示例1的胶囊，结合示例34的化学感测单元，其中将波长滤波器沉积在清晰可见的密封之一的表面，并且将基于干凝胶的感测部位直接印刷到该表面上。
示例37：示例30的设备，其中接收机包括基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的阵列电荷耦合设备。
示例38：示例30的设备，其中接收机包括用于使电磁辐射集中到电荷耦合设备上的透镜。
示例39：示例30的设备，其中接收机包括透镜上方的用于使电磁辐射集中到基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的阵列设备上的不透明屏蔽件。
示例40：示例30的设备，其中解释器包括用于存储从互补金属氧化物半导体（CMOS）阵列的输出的数字化数据的存储部件。
示例41：示例30的设备还包括用于保持化学感测器与电磁辐射生成源光学对准的支持基板、一个或多个滤波器、以及接收机。
示例42：示例41的设备，其中保持基板是在***的液体中不劣化的干凝胶或者其他材料（例如，玻璃、塑料等）。
示例43：示例42的设备，其中保持材料由四甲基正硅烷（tetramethylorthosilane）构成。
示例44：示例30的设备，其中一个或多个化学感测器由报道分子以及对分析物作出响应的模板（例如，SSTTX或PIXIES等）构成，该模板对分析物具有特定亲合力。
示例45：示例30的设备，其中报道分子选自由荧光团、磷光团、发色团、和/或拉曼散射体构成的组。
示例46：示例1的胶囊，其中胶囊的内部信号测量设备可检测温度、pH值、***液体粘度、三轴运动、声音信号的物理变化，与***壁和结构的收缩和松弛相关联的压力变化，以及捕捉如用数码相机和摄像机记录的内部结构的视觉图像。
示例47：示例46的处理***，其中使用位于胶囊壳体的表面附近且覆盖约60%的胶囊周边的两个压电聚合物箔片式压力感测器来检测压力测量结果。
示例48：示例46的压力测量***，其中使用位于胶囊外壳的表面附近的温度感测器来测量感测器的温度补偿以及***腔的温度。
示例49：示例1的胶囊，其中使用压电式压力感测器或者基于小MEMS的数字话筒来检测声音信号。当前，该类型的话筒在占据小于0.7mm的空间的形状因数中是可用的，从而使其对于该应用而言是理想的。所述声音信号包括但不限于心率、呼吸周期、以及肠音。
示例50：示例46的胶囊，其中使用三轴加速计来确定对患者运动和身体动作的测量和记录。
示例51：示例1的胶囊，其中胶囊包括包含无线电信号接收机的可远程致动的存储池，该无线电信号接收机被配置成接收来自置于所述胶囊的所述外壳外部的远程发射机的信号。
示例52：示例51的发射机，包含在形状因数中，该收发机可作为腕表由患者佩戴或者结合为智能电话的BluetoothTM应用。
示例53：示例1的胶囊，其中所述外壳包括低硬度计塑料密封剂或薄聚碳酸酯壳。
示例54：示例1的胶囊，该胶囊将在包含动物的环境的任何液体中在连续的基础上提供化学感测。
示例55：示例1的胶囊，该胶囊将在外部温度为-10至75摄氏度的任何环境中提供感测。
示例56：示例1的胶囊，其中所述启用电路包括可再充电电池以及用作开关的与外部电池充电***的自愈连接。
示例57：用于******腔的***胶囊包括不可消化的外壳、电源、具有启用电路的无线电信号发射机/接收机，所述电源适于发射信号；该胶囊能够检测***pH值、压力、温度、动作、声音信号、以及结构（诸如哺乳动物的宫颈开口到子宫）的视觉状况的变化。
示例58：示例57的设备，其中对量化的DC电压信号进行数字化以提供计算机的输入。
示例59：示例57的设备，其中将多个感测器的时间复用输出转换成中间频率信号，量化为DC电压信号，并对其进行数字化以提供计算机的输入。
示例60：示例57的设备，其中在动物身体外部接收数字化的所述发射信号，并将其提供给计算机。
示例61：示例57的设备，其中所述数字化信息具有与所述腔中的所述胶囊的时间长度相关的数据。
示例62：示例56的过程，其中所述计算机编程以根据预编程因素扫描和计算变化。
示例63：示例57的过程，其中所述胶囊接收机/发射机可在操作期间接受改变感测到的参数采样率、激活数码相机、或者报道胶囊的***的状态的外部命令。
示例64：一种用于在动物的***腔中连续地收集感测数据的过程，包括：提供***式胶囊，该胶囊包含适于确定测量和存储数据的微处理器；接收所述动物的身体外部的发射信号；对所述微处理器接收到的所述信号进行数字化；将所述数字化信号存储在计算机的可恢复的时序存储器中。
示例65：一种用于在动物的***腔中连续地收集感测数据的***式胶囊包括不可消化的外壳、电源、启用电路中的无线电消化发射机，其中所述电源适于在所述腔中发出的位置处发射无线电信号。
示例66：示例64的胶囊，包括测量来自***液体的感测信号的测量设备，并且所述输出被转换成时间复用输出。
示例67：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于监视雌性哺乳动物怀孕的感测器。
示例68：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合针对葡萄糖的用于监视雌性哺乳动物的糖尿病的感测器。
示例69：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于监视生殖力、在自然避孕中使用、或者自然避孕的感测器。
示例70：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于对更年期前的雌性哺乳动物的荷尔蒙平衡进行监视和调整的感测器。
示例71：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于对更年期后的雌性哺乳动物的荷尔蒙平衡进行监视和调整的感测器。
示例72：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于监视雌性哺乳动物体内的***出血以及相关联的状况的感测器。
示例73：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于监视哺乳动物的雌性生殖道的器官性性功能障碍（organic sexual dysfunction）的感测器。
示例74：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于监视雌性哺乳动物体内的***和子宫痉挛的感测器。
示例75：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于监视对象心率和呼吸周期的感测器。
示例76：示例1的***胶囊，其中电子数据捕捉和处理配置结合用于监视哺乳动物的雌性生殖道的***炎症或感染的感测器。
示例77：示例1的***胶囊，具有除化学测量感测器以外的用于测量哺乳动物的雌性生殖道内部的物理过程、并且结合视频或数字图像捕捉的功能部件。
示例78：示例1的胶囊，具有包括化学测量感测器或者除此以外的用于测量哺乳动物的直肠孔内部的物理过程、并且结合视频或数字图像捕捉的功能部件。
示例79：示例1的胶囊，具有包括化学测量感测器或者除此以外的用于测量哺乳动物的口裂内部的物理过程、并且结合视频或数字图像捕捉的功能部件。
示例80：示例1的胶囊，其中在胶囊内部使用的电气部件被包含在与细间距扁平柔性布线互连的一系列刚性基板上。
示例81：示例80的胶囊，其中刚挠结合组件被设计成折叠以提供所有部件的正确对准以及***保护外壳。
示例82：示例80的胶囊，其中将折叠的组件***模具，并且使用FDA认可的二部件介质粘性化合物来封装外壳。
示例83：示例80的胶囊，其中在胶囊使用之前，使用经由USB端口与PC通信的多用途胶囊激活支架对胶囊的内部电池进行充电，校准胶囊感测器，并且测试所有胶囊间功能且在正常操作期间用作胶囊的接收机。
示例84：示例83的多用途胶囊激活支架，其中多用途胶囊激活支架用于对胶囊进行编程。编程功能将包括设置用于事件触发（诸如激活板上相机）的感测数据阈值、设置用于胶囊收发机的发射和接收RF通道、设置感测器采样率以及由满足感测数据阈值引起的采样率变化。
示例85：示例1的胶囊，其中使用具有连接到PC的USB拇指驱动器形式因数的收发机来提供用于接收胶囊数据以及控制胶囊相机、感测器采样率和功率模式两者的与胶囊的外部通信。
示例86：示例1的胶囊，其中使用提供最大患者灵活性的患者佩戴的小的电池供电收发机和数据收集设备来提供用于接收胶囊数据以及控制胶囊相机、感测器采样率和功率模式两者的与胶囊的外部通信。在完成测试之后，可将所收集的数据下载到PC。
示例87：示例1的胶囊，其中通过在“智能电话”或者其他手持个人通信设备上运行的应用来提供用于接收胶囊数据以及控制胶囊相机、感测器采样率和功率模式两者的与胶囊的外部通信。
示例88：示例1的胶囊，其中所述启用电路包括关于导电端子的聚合物密封，从而在使用和提供移除、清洗、再充电、以及重新***患者周期之前对电池进行充电/激活，而不损害设备完整性。
示例89：示例1的胶囊，其中可通过简单的程序用新模块来替换图3所示的模块2的部件，从而对***胶囊组件创建一次性实验部件。示例1中的胶囊的另一实施例不包括化学感测***和检测器。
示例90：示例89的胶囊，该胶囊基于针对成像、压力、加速计、声音、以及温度感测器的预定义感测阈值来提供按需采样功能。
示例91：示例1中的胶囊的另一实施例不包括化学感测***或压电式压力感测器。
示例92：示例91的胶囊，该胶囊基于加速计以及温度感测器的预定义感测阈值来提供按需采样功能。
虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但是应当理解可作出本发明的其他实施例而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明被认为只受所附权利要求及其合理解释的限制。

Claims (17)

1.一种用于个体的体内监视的可取回设备，所述可取回设备包括：
第一壳体，所述第一壳体具有用于照射视场的光源以及放置成捕捉至少一部分视场的图像的图像捕捉设备；
具有感测器的第二壳体，所述第二壳体被配置成可移除地连接到所述第一壳体；
附连到所述第一壳体和/或第二壳体以取回所述可取回设备的配件；以及
其中，所连接的第一壳体和第二壳体配置为用于被植入***内。
2.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，所述感测器电连接到所述图像捕捉设备，所述感测器被配置成生成用于控制所述图像捕捉设备的操作的信号。
3.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，所述感测器是配置成获取所述个体的体液中的分析物浓度的至少一个测量结果的分析物感测器，所述分析物感测器：
a)包括溶胶-凝胶材料中的感测器物质以使所述感测器物质可逆地与感兴趣的分析物进行反应，所述感测器物质被配置成在感兴趣的分析物与所述感测器物质接触时发射电磁能量并且由所述感测器物质接收电磁激励能量；以及
b)被配置成与所述体液接触。
4.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，所述感测器是配置成获取所述个体的体液中的分析物浓度的至少一个测量结果的分析物感测器，所述分析物感测器：
a)包括键合到报道分子的抗体形式的感测器物质以使所述抗体与感兴趣的分析物进行反应，所述报道分子被配置成在感兴趣的分析物与所述抗体进行反应时发射电磁能量；以及
b)被配置成与所述体液接触。
5.如权利要求3所述的可取回设备，其特征在于，所述分析物感测器被配置成连续地测量所述体液中的分析物浓度。
6.如权利要求3所述的可取回设备，其特征在于，所述分析物感测器还包括：
配置成检测由所述感测器物质发出的电磁能量的检测器；以及
与用于基于检测到的电磁能量而测量分析物浓度的检测器电通信的控制器。
7.如权利要求3所述的可取回设备，其特征在于，所述分析物感测器还包括配置成向所述感测器物质提供电磁激励能量的电磁激励能量源。
8.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，所述感测器是用于测量所述第二壳体的外部环境的物理参数的参数感测器。
9.如权利要求8所述的可取回设备，其特征在于，所述参数感测器包括压电式压力感测器。
10.如权利要求8所述的可取回设备，其特征在于，所述物理参数是声音、pH值、温度或压力。
11.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，所述第一壳体还包括用于测量所述第一壳体的外部环境的物理参数的第一壳体感测器。
12.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，还包括配置成可移除地连接在所述第一壳体和所述第二壳体之间的一个或多个感测器模块，所述一个或多个感测器模块中的每一个感测器模块具有至少一个附加感测器。
13.如权利要求12所述的可取回设备，其特征在于，所述一个或多个感测器模块中的至少一个感测器模块被配置成检测多种分析物。
14.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，还包括用于与外部设备通信的发射机和/或接收机。
15.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，还包括与所述图像捕捉设备电通信的接收机，并且所述图像捕捉设备基于来自所述接收机的信号捕捉图像。
16.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，还包括3轴加速计。
17.如权利要求1所述的可取回设备，其特征在于，还包括电连接到所述感测器和/或所述图像捕捉设备的电子存储设备。
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