CN109875560A - 一种可吞咽式消化道气体检测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可吞咽式消化道气体检测***，包括可吞咽式气体传感检测装置、磁场传感器阵列、电磁式驱动力发生装置、无线数据接收装置和PC机数据处理平台，所述的可吞咽式气体传感检测装置通过无线数据接收装置与电磁式驱动力发生装置、PC机数据处理平台无线连接，所述的电磁式驱动力发生装置与磁场传感器阵列连接，所述的可吞咽式气体传感检测装置设有类胶囊状的外壳，可吞咽式气体传感检测装置内包括气体渗透膜、电源管理模块、磁驱动模块、微控制器、与微控制器分别连接的无线数据通讯模块、实时定位模块、磁敏开关及多类型气体传感与信号调理模块。与现有技术相比，本发明具有测试准确、敏感性和特异性高等优点。

Description

一种可吞咽式消化道气体检测***

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其是涉及一种可吞咽式消化道气体检测***。

背景技术

由于不健康的生活方式、饮食习惯和较大的工作压力，大部分人的胃肠道处于亚健康状态，胃肠道疾病的发病率逐年上升。此外，随着现代人生活节奏加快，许多人经常熬夜、加班，导致生活作息不规律，工作繁忙时忘记吃饭，闲下来时暴饮暴食，造成肠胃过于饥饿或过于饱食，长期这样会使胃肠负担过重，造成肠胃异常工作，消化道疾病发病率居高不下。胃肠疾病为常见病、多发病，年龄越大，发病率越高，特别是50岁以上的中老年人更为多见，如不及时治疗，长期反复发作，极易转化为癌肿。

到目前为止，诊断肠道疾病的有效方法之一是测量呼气氢浓度，这种方式已经被用于检测碳水化合物吸收不良、肠易激综合征和炎症性肠病等症状。但是呼吸试验缺乏敏感性和特异性，无法提供诊断所需的金标准。

肠道内的主要气体是氢、二氧化碳、氮，还有氧气(有些人还有甲烷)，这些气体一部分来自吞咽的空气，但最主要的来源是内源性化学转化、酶扰动和肠道微生物群的代谢活性，以及肠道微生物与未吸收食物的相互作用。因此，肠道中的气体被证明具有重要的临床诊断价值，可作为了解肠道疾病的发病机制的重要方法之一。细菌发酵产生的气体可能通过管腔扩张引起腹部症状，如肠易激综合征。碳水化合物吸收障碍与小肠细菌过度增长也经常通过测量H₂含量来诊断。

目前已有多种方法用于测量和评估肠道气体。包括：插管法、粪便样品体外培养法、呼吸测试法。插管法具有高度侵入性，且存在测试盲区；而粪便样品体外培养法的可靠性需要进一步提高；呼吸测试法的需要解决信噪比低导致的测试数据不准确，容易受到环境中气体成分的干扰等因素。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可吞咽式消化道气体检测***。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可吞咽式消化道气体检测***，该***包括可吞咽式气体传感检测装置、磁场传感器阵列、电磁式驱动力发生装置、无线数据接收装置和PC机数据处理平台，所述的可吞咽式气体传感检测装置通过无线数据接收装置与电磁式驱动力发生装置、PC机数据处理平台无线连接，所述的电磁式驱动力发生装置与磁场传感器阵列连接，所述的可吞咽式气体传感检测装置设有类胶囊状的外壳，所述的可吞咽式气体传感检测装置内包括气体渗透膜、电源管理模块、磁驱动模块、微控制器、与微控制器分别连接的无线数据通讯模块、实时定位模块、磁敏开关及多类型气体传感与信号调理模块，所述的气体渗透膜设置在类胶囊外壳的内壁上，气体渗透膜与多类型气体传感与信号调理模块连接，所述的磁驱动模块与磁敏开关连接，所述的电磁式驱动力发生装置与磁驱动模块无线连接，微控制器、实时定位模块、磁敏开关、多类型气体传感与信号调理模块与电源管理模块分别连接。

优选地，所述的多类型气体传感与信号调理模块包括H₂传感器与检测电路、O₂传感器与检测电路、CO₂传感器与检测电路，H₂传感器与检测电路的输出、O₂传感器与检测电路的输出、CO₂传感器与检测电路的输出分别与微控制器的输入相连。

优选地，所述的电源管理模块采取休眠唤醒模式，在此模式下，所述的微控制器的电源与电池、磁敏开关连接，其余电路芯片的电源均由电源管理模块控制；在非工作周期，所有芯片的电源处于关断状态，且微控制器休眠节省能耗；在工作周期，先将微控制器的唤醒，由微控制器控制电源管理模块接通所有芯片的电源。

优选地，实时定位模块采用电磁式标记物，其由微控制器输出控制信号至实时定位模块，实时定位模块内的特定频率的交变磁场发生电路产生所需电流强度的正弦电流，通入单个电磁线圈的谐振回路，使其在空间产生一定频率的交变磁场。此时，可吞咽式气体传感检测装置所处的方位与磁矢量信号有确定的函数关系式，由磁场传感器阵列检测实时定位模块的磁信号，并将其转换为电信号，输出至PC机数据处理平台，获取可吞咽式气体传感检测装置的实时方位和运动轨迹。

优选地，所述的磁敏开关为非接触式磁控开关。

本发明***的工作原理为：

当可吞咽式气体传感检测装置进入人体后，磁敏开关接通，检测装置开始工作，微控制器上电先进行初始化设置，由无线数据通讯模块立即无线发送一个请求信号至体外的无线数据接收装置，若等待后未收到反馈信号，则再次发送请求信号，直至收到反馈信号；体外的无线数据接收装置接收到请求信号后，发送反馈信号至可吞咽式气体传感检测装置内的无线数据通讯模块，然后开始循环等待接收数据，体内的无线数据通讯模块接收到反馈信号后，由微控制器采集多类型气体传感与信号调理模块的输出信号，将其通过无线数据通讯模块传输至体外的无线数据接收装置，由无线数据接收装置再传送至PC机数据处理平台，进行数据分析处理与显示，获取各类气体的成分和含量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明***包括可吞咽式气体传感检测装置、磁场传感器阵列、电磁式驱动力发生装置、无线数据接收装置、PC机数据处理平台，其中，可吞咽式气体传感检测装置包括气体渗透膜、多类型气体传感与信号调理模块、实时定位模块、微控制器、无线数据通讯模块、电池、电源管理模块、磁敏开关、磁驱动模块，可吞咽式气体传感检测装置为类胶囊状，可经由口腔服入进入消化道内，借助其在肠道内的运转过程，检测并分析肠道气体成分的含量，为碳水化合物吸收不良、肠易激综合征、炎症性肠病、结肠癌等肠道性疾病提供诊断依据；并且，在了解肠道功能方面和健康方面的微生物群以及对饮食变化的反应具有重要的潜在作用；

二、本发明***中的可吞咽式气体传感检测装置为类胶囊状，可经由口腔服入进入消化道内，是一种无创介入式检测方法，可提高现有检测方法的敏感性和特异性；

三、本发明***的实时定位模块采用电磁标记物定位方法，结合磁驱动模块的磁驱动方法，可无线控制消化道内的可吞咽式气体传感检测装置的运动，缩短了全消化道检测时间，实现了诊断过程的可操作性和可控性；并实时获取其在消化道内的方位，有利于诊断信息与具体部位相对应。

附图说明

图1为本发明***中可吞咽式气体传感检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明涉及一种可吞咽式消化道气体检测***，包括可吞咽式气体传感检测装置、磁场传感器阵列、电磁式驱动力发生装置、无线数据接收装置和PC机数据处理平台。可吞咽式气体传感检测装置通过无线数据接收装置与电磁式驱动力发生装置无线连接，电磁式驱动力发生装置与磁场传感器阵列连接。可吞咽式气体传感检测装置通过无线数据接收装置与PC机数据处理平台无线连接。

所述的可吞咽式气体传感检测装置的外形为类胶囊状，可经由口服进入消化道内，其包括电池、气体渗透膜、电源管理模块、磁驱动模块、微控制器、与微控制器分别连接的无线数据通讯模块、实时定位模块、磁敏开关、多类型气体传感与信号调理模块。微控制器、实时定位模块、磁敏开关、多类型气体传感与信号调理模块与电源管理模块分别连接。气体渗透膜与多类型气体传感与信号调理模块连接，气体渗透膜设置在胶囊的内壁上。磁驱动模块与磁敏开关连接，磁驱动模块与电磁式驱动力发生装置无线连接。实时定位模块与磁场传感器阵列无线连接。

多类型气体传感与信号调理模块包括但不限于H₂传感器与检测电路、O₂传感器与检测电路和CO₂传感器与检测电路，各个检测电路的输入分别与微控制器的输入相连。本发明的多类型气体传感与信号调理模块还可集成对胃肠疾病有诊断价值的其它类型的气体传感器与检测电路。

实时定位模块采用电磁标记物定位法，由体外的磁场传感器阵列将实时定位模块的交变磁场信号转换为电信号，并将数据传输至PC机数据处理平台，可实时获得可吞咽式气体传感检测装置在消化道内的空间方位。该定位方法可与磁驱动方法互相兼容。由微控制器输出控制信号至实时定位模块，实时定位模块内的特定频率的交变磁场发生电路产生所需电流强度的正弦电流，通入单个电磁线圈的谐振回路，使其在空间产生一定频率的交变磁场。此时，可吞咽式气体传感检测装置所处的方位与磁矢量信号有确定的函数关系式，由磁场传感器阵列检测实时定位模块的磁信号，并将其转换为电信号，输出至PC机数据处理平台，获取可吞咽式气体传感检测装置的实时方位和运动轨迹。

电源管理模块采取休眠唤醒模式，在非工作周期关断所有芯片的电源，并使单片机休眠节省能耗，在工作周期再将单片机唤醒，并接通所有芯片的电源。

磁敏开关为一种非接触式磁控开关，当可吞咽式气体传感检测装置进入人体后，磁敏开关接通，使检测装置开始工作。

磁驱动模块与电磁式驱动力发生装置协同工作，使可吞咽式气体传感检测装置在消化道内实现主动运动，缩短全消化道检测所需的时间。

本发明的工作过程为：

可吞咽式气体传感检测装置经由口腔吞服进入消化道内，磁敏开关接通，微控制上电先进行初始化设置，由无线数据通讯模块立即无线发送一个“握手请求”信号至体外的无线数据接收装置，则处于接收等待状态；若每等待2秒后仍没有收到“握手成功”信号，则再次发送“握手请求”信号，直至收到“握手成功”信号。体外的无线数据接收装置接收到“握手请求”信号后，即发送一个“握手成功”信号，返回给可吞咽式气体传感检测装置内的无线数据通讯模块，然后开始循环等待接收数据。体内的无线数据通讯模块接收到“握手成功”信号后，由微控制器采集多类型气体传感与信号调理模块的输出信号，将其通过无线数据通讯模块传输至体外的无线数据接收装置，由无线数据接收装置再传送至PC机数据处理平台，进行数据分析处理与显示，获得各类气体的成分和含量。

可吞咽式气体传感检测装置的电源管理模块采取休眠唤醒模式，在此模式下，单片机的电源与电池和磁敏开关相连接，其余电路芯片的电源均由电源管理模块控制。在工作周期，先将单片机唤醒，由单片机控制电源管理模块接通所有芯片的电源，然后由单片机控制无线数据通讯模块进行握手通讯，在握手通讯成功后，将采集的数据经由无线数据通讯模块传输至体外；在非工作周期，所有芯片的电源处于关断状态，并且单片机休眠节省能耗。

磁驱动模块与电磁式驱动力发生装置协同工作，电磁式驱动力发生装置可合成空间任意方向和大小的梯度磁场，使可吞咽式气体传感检测装置在消化道内实现主动运动，缩短全消化道检测所需的时间。

本发明的可吞咽式气体传感检测装置可经由口腔服入进入消化道内，借助其在肠道内的运转过程，检测并分析肠道气体成分的含量，为碳水化合物吸收不良、肠易激综合征、炎症性肠病、结肠癌等肠道性疾病提供诊断依据；并且，在了解肠道功能方面和健康方面的微生物群以及对饮食变化的反应具有重要的潜在作用。此外，采用实时定位方法和磁驱动方法，可无线控制消化道内的可吞咽式气体传感检测装置的运动，缩短了全消化道检测时间，实现了诊断过程的可操作性和可控性；并实时获取其在消化道内的方位，有利于诊断信息与具体部位相对应。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种可吞咽式消化道气体检测***，其特征在于，该***包括可吞咽式气体传感检测装置、磁场传感器阵列、电磁式驱动力发生装置、无线数据接收装置和PC机数据处理平台，所述的可吞咽式气体传感检测装置通过无线数据接收装置与电磁式驱动力发生装置、PC机数据处理平台无线连接，所述的电磁式驱动力发生装置与磁场传感器阵列连接，所述的可吞咽式气体传感检测装置设有类胶囊状的外壳，所述的可吞咽式气体传感检测装置内包括气体渗透膜、电源管理模块、磁驱动模块、微控制器、与微控制器分别连接的无线数据通讯模块、实时定位模块、磁敏开关及多类型气体传感与信号调理模块，所述的气体渗透膜设置在类胶囊外壳的内壁上，气体渗透膜与多类型气体传感与信号调理模块连接，所述的磁驱动模块与磁敏开关连接，所述的电磁式驱动力发生装置与磁驱动模块无线连接，微控制器、实时定位模块、磁敏开关、多类型气体传感与信号调理模块与电源管理模块分别连接。

2.根据权利要求1所述的一种可吞咽式消化道气体检测***，其特征在于，所述的多类型气体传感与信号调理模块包括H₂传感器与检测电路、O₂传感器与检测电路、CO₂传感器与检测电路，H₂传感器与检测电路的输出、O₂传感器与检测电路的输出、CO₂传感器与检测电路的输出分别与微控制器的输入相连。

3.根据权利要求1所述的一种可吞咽式消化道气体检测***，其特征在于，所述的电源管理模块采取休眠唤醒模式，在此模式下，所述的微控制器的电源与电池、磁敏开关连接，其余电路芯片的电源均由电源管理模块控制；在非工作周期，所有芯片的电源处于关断状态，且微控制器休眠节省能耗；在工作周期，先将微控制器的唤醒，由微控制器控制电源管理模块接通所有芯片的电源。

4.根据权利要求1所述的一种可吞咽式消化道气体检测***，其特征在于，所述的实时定位模块采用电磁式标记物进行实时定位。

5.根据权利要求1所述的一种可吞咽式消化道气体检测***，其特征在于，所述的磁敏开关为非接触式磁控开关。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种可吞咽式消化道气体检测***，其特征在于，该***的工作原理为：

当可吞咽式气体传感检测装置进入人体后，磁敏开关接通，检测装置开始工作，微控制器上电先进行初始化设置，由无线数据通讯模块立即无线发送一个请求信号至体外的无线数据接收装置，若等待后未收到反馈信号，则再次发送请求信号，直至收到反馈信号；体外的无线数据接收装置接收到请求信号后，发送反馈信号至可吞咽式气体传感检测装置内的无线数据通讯模块，然后开始循环等待接收数据，体内的无线数据通讯模块接收到反馈信号后，由微控制器采集多类型气体传感与信号调理模块的输出信号，将其通过无线数据通讯模块传输至体外的无线数据接收装置，由无线数据接收装置再传送至PC机数据处理平台，进行数据分析处理与显示，获取各类气体的成分和含量。