專利名稱：一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡，特別涉及一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡是一種用于診斷和治療胃部和腸道疾病的醫(yī)療器械，但在插管過程中可能會給患者造成不適和疼痛。內(nèi)窺鏡主要提供攝影顯示功能，有些也帶有從消化道壁取組織樣品或向病理組織給藥的功能。然而，傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡不能達(dá)到全部的消化道，如長約六米的小腸部分，另外，一般都不提供對于檢測某些疾病很重要的參數(shù)如壓力值、pH值，隨著材料技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)不斷地發(fā)展，人們發(fā)明了膠囊內(nèi)窺鏡。膠囊內(nèi)窺鏡外形和普通的藥物膠囊相似，以它的體積小，使用方便等特點明顯優(yōu)于傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡。這種診斷或治療方式通過方便的吞服就可以達(dá)到，無需對咽部進(jìn)行麻醉，無需插管，使用過程非常方便。然而目前現(xiàn)有的膠囊內(nèi)窺鏡在吞服后通過消化道自主蠕動而運(yùn)動，所使用的膠囊內(nèi)窺鏡一般都采用電池組供電，這種方式存在著受電源的限制，造成壽命短、瞬時電壓低、檢測功能少等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
針對已有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡。本發(fā)明。本發(fā)明采用無線供能方式，人體外的天線通過電磁耦合可將電磁能傳輸給膠囊內(nèi)的天線。它可提供可靠的長時間工作能源，并為高幀攝像提供瞬時電流，而且通過清潔或簡單的修復(fù)，經(jīng)過模數(shù)化設(shè)計和制造可以繼續(xù)使用。膠囊內(nèi)窺鏡還包含固定功能，以實現(xiàn)對腸道特定部位的定位檢測，運(yùn)動控制功能，自由的控制膠囊內(nèi)窺鏡的運(yùn)動，位置方向檢測功能，溫度檢測，電信號檢測，反映某些消化道生理狀況。
可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，主要包括一個外殼、芯片陣列、儲藥艙、磁體和天線，其特征在于所述一個多面或普通光滑面的外殼外表面設(shè)有一個鏡頭，膠囊外殼外表面上還設(shè)有藥物釋放孔、傳感器檢測孔、氣囊充放氣孔，所述芯片陣列位于剛性或柔性基底之上或之中，該芯片陣列集成有信號解調(diào)、處理、調(diào)制、發(fā)射集成電路、圖像傳感器、數(shù)個白光發(fā)光二極管、數(shù)個紅外光發(fā)光二極管、一個pH傳感器、一個壓力傳感器、超聲傳感器、一個三軸加速度計、一個陀螺儀、一個刺激電極、一個釋藥制動器、一個氣囊充放氣制動器，膠囊內(nèi)設(shè)有數(shù)個儲藥艙，膠囊內(nèi)窺鏡的操作由體外的無線信號控制，由集成電路進(jìn)行調(diào)制、處理、解調(diào)收到的信號，并將檢測到信息通過無線向外發(fā)送，膠囊內(nèi)窺鏡通過無線方式提供能量，本身設(shè)有備用電池供能方式。備用電池供能方式采用可裝卸模塊形式。傳感器、制動器、集成電路采用CMOS兼容的微機(jī)械系統(tǒng)和大規(guī)模集成電路IC工藝制作在一芯片上，采用柔性皮膚技術(shù)，芯片被刻蝕成多個芯片島群，外層覆蓋聚合物層，形成柔性封裝結(jié)構(gòu)，柔性芯片陣列被制作在膠囊內(nèi)窺鏡外殼上或近外殼區(qū)域。若傳感器、制動器、集成電路制作在不同圓片上，無需CMOS兼容，部分元件可以集成在同一圓片上，先進(jìn)行圓片級封裝，再對其進(jìn)行劃片以消除圓片應(yīng)力，可采用玻璃圓片或硅片進(jìn)行封裝。這些裸片直接用焊接或軟性粘接貼于基底表面。芯片安裝于柔性或剛性基板上，剛性基底貼于多面體外殼，柔性基底貼于光滑外殼內(nèi)外的部分表面。鏡頭安裝在外殼外表的前表面上或制作在柔性基底上或直接制作在柔性基底的硅島上，外殼外表上裝有數(shù)個白光發(fā)光二極管、數(shù)個紅外光發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管群以裸露安裝或采用封裝好的形式制作于柔性基底上。儲藥艙由塑料或其它生物相容性材料制成，數(shù)個儲藥艙用于釋放不同類型的藥物，儲藥艙占據(jù)膠囊內(nèi)窺鏡大部分的體積。超聲傳感器、加速度計和陀螺儀一起用于測定膠囊內(nèi)窺鏡的準(zhǔn)確位置和方位及三維角度信息。紅外光發(fā)光二極管用于區(qū)別溫度狀況不同于其它組織的病理組織。膠囊內(nèi)至少設(shè)有三個磁體，安置于不同的方位，體外的裝置產(chǎn)生方向可控制的磁場，由當(dāng)膠囊內(nèi)窺鏡被超聲傳感器、加速度計和陀螺儀檢測、定位或用電磁原理對其定位后，利用磁力推動膠囊內(nèi)窺鏡的運(yùn)動并控制膠囊內(nèi)窺鏡的轉(zhuǎn)動及運(yùn)動的速度。膠囊外殼外表面上設(shè)有的傳感器檢測孔與傳感器敏感面相通，使pH傳感器、壓力傳感器、刺激電極和體液接觸，膠囊內(nèi)窺鏡與體液相接觸的部分都由生物相容性材料制成。氣囊充放氣制動器對氣囊充入氣體或液體，使膠囊內(nèi)窺鏡固定在腸道的某個部位以方便釋藥和更仔細(xì)地進(jìn)行檢測治療。集成電路中設(shè)有一個濾波程序來區(qū)分供能信號和控制信號，功能信號的頻率比控制信號頻率低兩個數(shù)量級，通過判斷頻率來達(dá)到區(qū)分目的，或者設(shè)置一個時間分配機(jī)制的方法來區(qū)分功能信號和控制信號。功能信號和其它信號傳輸共用一個天線。超聲傳感器為具有特殊聲阻抗的金屬片，壓電聲共振腔PSRC裝置用于發(fā)射和接收共振信號。
本發(fā)明的優(yōu)點是采用無線供能及控制方式，能夠長時間可靠的工作，采用超聲檢測定位，并用加速度計和陀螺儀測定，使定位更精確，具備運(yùn)動控制功能，固定定位功能，檢測功能種類多，并具備治療釋藥功能，膠囊內(nèi)窺鏡經(jīng)清潔或簡單的修復(fù)可重復(fù)使用。


圖1本發(fā)明的功能框圖；圖2A本發(fā)明的一種采用柔性基底技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B本發(fā)明的一種采用柔性基底技術(shù)的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明的信號傳輸系統(tǒng)示意圖；圖4a本發(fā)明的采用硅柔性皮膚技術(shù)的大規(guī)模集成電路IC和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝流程示意圖；圖4b本發(fā)明的采用硅柔性皮膚技術(shù)的大規(guī)模集成電路IC和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝流程示意圖；圖4c本發(fā)明的采用硅柔性皮膚技術(shù)的大規(guī)模集成電路IC和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝流程示意圖；圖4d本發(fā)明的采用硅柔性皮膚技術(shù)的大規(guī)模集成電路IC和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝流程示意圖；圖4e本發(fā)明的采用硅柔性皮膚技術(shù)的大規(guī)模集成電路IC和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝流程示意圖；圖4f本發(fā)明的采用硅柔性皮膚技術(shù)的大規(guī)模集成電路IC和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝流程示意圖；圖5本發(fā)明的柔性芯片結(jié)構(gòu)的俯視、截面圖；圖6a本發(fā)明的柔性芯片封裝圖；圖6b本發(fā)明的柔性芯片封裝圖；圖7本發(fā)明的芯片貼于柔性電路板示意圖；圖8本發(fā)明的磁定位系統(tǒng)示意圖；
圖9A本發(fā)明的氣囊定位示意圖；圖9B本發(fā)明的氣囊定位后膨脹示意圖；圖10本發(fā)明的傳感器敏感面與被測體液間的接觸面示意圖；圖11本發(fā)明的超聲共振場感測系統(tǒng)示意圖；圖12本發(fā)明的放置于體外的PSRC裝置示意圖。
圖中10外殼、11鏡頭、15封裝結(jié)構(gòu)、20柔性基底、22敏感面、24金屬引腳、25金屬引線、30儲藥艙、40磁體、45磁場、50硅圓片、51硅島、52保護(hù)層、60氣囊、61充盈后的氣囊、70天線、82外孔、83外孔、86氣囊充放氣孔、87外孔、89外孔、90腸道、112鏡頭制動器、201圖像傳感器、202壓力傳感器、203釋藥制動器、204白光發(fā)光二極管、205紅外光發(fā)光二極管、206氣囊制動器、207pH傳感器、208溫度傳感器、209刺激電極、210超聲傳感器、211加速度計、212集成電路、213陀螺儀、2071傳感器敏感面、2100壓電聲共振腔PSRC裝置、2101開口、2102頂板、2103壓電制動器、2104側(cè)板、2105腔體、2106聲傳感器、2107底板、2108引線。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明
具體實施例方式參見圖1，圖1為膠囊內(nèi)窺鏡的功能框圖。體外的發(fā)射器發(fā)出控制信號和供能信號，膠囊內(nèi)或膠囊外殼上的天線接收這些信息并送至集成電路ASIC。集成電路ASIC判別是控制信號還是供能信號。功能信號經(jīng)集成電路ASIC轉(zhuǎn)換成電能供給給各單元。若是控制信號，集成電路ASIC根據(jù)控制信息控制各單元的功能。例如，控制圖像傳感器工作時由白光發(fā)光二極管LED提供照明還是紅外光發(fā)光二極管LED提供照明；控制刺激電極對組織提供電刺激還是檢測消化道的電信號；控制選擇某種藥物進(jìn)行釋放；控制輸出特定的檢測值或是狀態(tài)信息。各單元的檢測或狀態(tài)信息先被送入集成電路ASIC進(jìn)行處理，再根據(jù)控制信息有選擇地從天線向外發(fā)送。體外的接收器接收自膠囊內(nèi)天線發(fā)出的信號，送至計算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。最后，在計算機(jī)上將得到消化道的圖像信息，pH值，壓力值，電壓值，位置信息和其它的控制記錄信息。
參見圖2，圖2為基于柔性基底多功能膠囊內(nèi)窺鏡的實施例。膠囊內(nèi)窺鏡包含有外殼10；柔性基底芯片系統(tǒng)20；外孔82，87，89，為傳感器敏感面和被測環(huán)境提供感測通道，多個外孔83用于釋放藥物，多個外空86用于對氣囊進(jìn)行充氣和放氣；鏡頭11，為圖像傳感器201提供體內(nèi)信息拍攝界面；鏡頭11制動器112；一個或多個儲藥艙30；固定用氣囊60；多個磁體40用于控制膠囊的運(yùn)動；天線70，用于接收控制信號，傳送檢測信號，接收用于供電的電磁能量波。
在外殼10上包含有一個鏡頭11，可以直接制作在柔性基底的硅島51上，也可以制作在預(yù)制好的膠囊外殼上。多個白光發(fā)光二極管LED204，多個紅外光發(fā)光二極管LED205，釋藥孔83，氣囊充放氣孔86，多個感測通孔82，87，89。鏡頭11也可以制作在柔性基底20上。白光發(fā)光二極管LED群204，紅外光發(fā)光二極管205以裸露或封裝好的形式制作于柔性基底上。鏡頭制動器112用于調(diào)節(jié)鏡頭11的焦距。
釋藥系統(tǒng)包括了釋藥制動器206和儲藥艙30。釋藥制動器203制作在硅島51上或貼片于柔性PCB 20板的芯片上。儲藥艙30有塑料等生物相容材料制成。儲藥艙可以是一個或多個用于釋放不同的藥物。儲藥艙30將占據(jù)膠囊內(nèi)窺鏡的大部分體積。
釋藥制動器203和氣囊制動器206可以用靜電效應(yīng)或壓電效應(yīng)機(jī)制實現(xiàn)。在釋藥制動器203的驅(qū)動下，藥物將由儲藥艙泵出。氣囊制動器206泵進(jìn)或泵出液體或氣體，實現(xiàn)氣囊的膨脹和收縮。
圖像傳感器201，壓力傳感器202，白光發(fā)光二極管LED204，紅外光發(fā)光二極管LED205，pH傳感器207，溫度傳感器298，刺激電極208，微釋藥制動器203，氣囊充放氣制動器206，超聲傳感器210，加速度計211陀螺儀203，集成電路ASIC 212由微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝和大規(guī)模集成電路IC工藝制作，用SoC或SiP實現(xiàn)封裝。
圖像傳感器201是柔性傳感器，基于CMOS工藝，使用現(xiàn)有的技術(shù)可以達(dá)到高分辨率，而且相對CCD圖像傳感器將消耗較低的能量。
白光發(fā)光二極管LED204用于一般的白光照明。紅外光發(fā)光二極管LED205用于根據(jù)溫度信息的分布顯示診斷某些病理狀況。在紅外光照射下，一些病灶部位如胃腸道癌癥等可以與其它部位相區(qū)別顯示出來，在這種情況下，也方便對病灶部位準(zhǔn)確進(jìn)行施藥。
pH傳感器也是基于CMOS工藝制作，用于檢測與某些疾病緊密關(guān)聯(lián)的pH值。pH值影響胃壁細(xì)胞的分泌功能。酸性液體分泌機(jī)制損壞將引起一系列癥狀，很多的疾病跟胃酸過少有關(guān)如阿狄森病，哮喘，腸道疾病等。
刺激電極209用于對腸道提供刺激，促進(jìn)腸道的蠕動或以特定的電脈沖形式治療一些疾病。刺激電極也可以用作電位測量電極。這兩種功能由外部控制信號通過集成電路ASIC 212進(jìn)行選擇。
膠囊內(nèi)窺鏡使用微機(jī)電系統(tǒng)MEMS超聲傳感器210和加速度計211或陀螺儀213來檢測膠囊的位置和三維角度信息，以確定消化道某病理組織的確切位置信息。
壓力傳感器202，溫度傳感器208，pH傳感器207，電極209的敏感元件和外界體液接觸，和體液接觸的界面用生物相容性材料制取?？梢赃x用硅，聚對二甲苯聚亞安酯，聚碳酸酯，聚酯，聚乙烯和聚合物分子涂層等材料。
一個芯片或一個芯片硅島上可以制造一種或幾種傳感器、驅(qū)動和電路功能部件，取決于制造的可行性和方便性，也為了方便封裝的設(shè)計，降低成本考慮。芯片群可以是用柔性皮膚技術(shù)刻蝕出的硅島群51鑲嵌于柔性基底20內(nèi)，也可以是多個單獨制造的裸芯片貼于柔性基板20上。柔性基底20結(jié)構(gòu)能隨意進(jìn)行彎折，在膠囊內(nèi)順著外殼的形狀放置可以節(jié)省大量的內(nèi)部空間。基底20通過彎折和卷曲可以占據(jù)很小的空間，為儲藥艙30預(yù)留出了足夠的空間。傳感器部件分布于膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)表面并緊貼內(nèi)表面，根據(jù)需要外殼10形狀將做成無規(guī)則多面體或其它特定形狀。也就是說，外殼10形狀是隨意的，在考慮方便吞服的條件下，形狀可取決于內(nèi)部功能部件的分布設(shè)計。
為了消除用電池供電的膠囊內(nèi)窺鏡使用時間短，能量偏低，體積大等缺點，該發(fā)明采用無線電磁波進(jìn)行供能。通過將電磁能量耦合的方式傳輸給膠囊天線70。天線70同時也是信號的接收器和發(fā)射器。天線接收到的信息包括了控制信號和功能電磁波。有兩種模式用于區(qū)別控制信號和功能信號。第一種模式是控制信號和供能信號的頻率不是同一數(shù)量級，供能信號頻率比控制信號頻率高兩個數(shù)量級，在集成電路ASIC電路中設(shè)計一個濾波程序，根據(jù)頻率的不同來判斷是控制信號還是供能信號。另外一種模式為在集成電路ASIC電路中設(shè)置一個時間分配程序，不同的時間發(fā)射不同的信號，以此將控制信號和供能信號分開。共用一個電線70，將節(jié)省更多的空間，以此來容納儲藥艙或是減小膠囊體積。與此同時，在體外附近安置電磁能發(fā)射器，例如安置在特制的衣服上。
參見圖3，圖3是一個用于信號傳輸和功能執(zhí)行的集成電路ASIC。圖中所使用的天線為一線圈。當(dāng)然天線可以制成片式貼于外殼表面，這樣可以節(jié)省更多的空間，提高有效性。集成電路ASIC從天線中得到信號，經(jīng)過處理判斷該信號是控制信號還是供能信號。如果是供能信號，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化，為各單元提供電能。如果是控制信號，集成電路ASIC對其進(jìn)行解調(diào)，將其翻譯成某種控制模式，控制各單元的運(yùn)作。對于制動器，控制量將先通過DAC電路轉(zhuǎn)換成模擬量去驅(qū)動。傳感器輸出的模擬量由ACD電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由ASIC電路進(jìn)行進(jìn)一步處理。DAC和ACD也集成在ASIC電路里。信號經(jīng)過處理和調(diào)制被輸送至天線。
參見圖4a、b、c、d、e、f。這里的六幅圖是芯片采用大規(guī)模集成電路IC與微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝下的柔性皮膚技術(shù)的工藝流程圖。第一步，在預(yù)制好的硅圓片50上用大規(guī)模集成電路IC工藝制造集成電路ASIC212。第二步，在ASIC 212部分上涂覆保護(hù)層52，用微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝制造傳感器和驅(qū)動部件，如圖像傳感器201，壓力傳感器202。所有的傳感器和制動器包括圖像傳感器201，壓力傳感器202，白光發(fā)光二極管LED204，紅外光發(fā)光二極管LED205，pH傳感器207，溫度傳感器208，刺激電極209，微釋藥制動器203，氣囊充放氣制動器206，超聲傳感器210，加速度計211，陀螺儀213都可以采用CMOS工藝兼容。因此該過程可以批量集中制造。第三步，制造引線25，在圓片50上面覆蓋聚合物層20，金屬引腳和傳感器敏感面，如壓力傳感器202的敏感面22，部分不被聚合物層20覆蓋。第四步，將硅圓片50蝕刻，降低厚度，然后從背面對硅圓片50進(jìn)行深度離子刻蝕DRIE，刻蝕出硅島51結(jié)構(gòu)。最后，對硅片背面覆蓋一層聚合物層20，對硅島結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝。硅柔性皮膚基本結(jié)構(gòu)為硅島51群鑲嵌在兩層聚合物膜20之間。微機(jī)電系統(tǒng)MEMS結(jié)構(gòu)和大規(guī)模集成電路IC結(jié)構(gòu)位于剛性的硅島上。這種結(jié)構(gòu)可以隨意變換硅陣列形狀，節(jié)省盡可能多的空間。聚合物膜20為硅島群提供基本的封裝。
參見圖5，圖5是柔性芯片的俯視、截面圖。金屬引腳24和傳感器敏感面，如壓力傳感器202敏感面，和外界環(huán)境相連。這樣的一個柔性基底硅島芯片結(jié)構(gòu)使得彎曲和卷曲很容易，因而可以占據(jù)膠囊內(nèi)窺鏡很少的體積。不同芯片間用金屬引線25進(jìn)行信號傳輸。集成電路ASIC電路處于柔性聚合物層20之下。
參見圖6a、圖6b，圖6a、圖6b是對柔性芯片陣列結(jié)構(gòu)的封裝圖。柔性結(jié)構(gòu)中的聚合物層20為芯片島群提供基本的封裝。為了進(jìn)一步提高膠囊內(nèi)窺鏡的可靠性，同時和外殼之間形成連接，可以考慮對該柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行封裝。在結(jié)構(gòu)外面再提供封裝結(jié)構(gòu)15。封裝結(jié)構(gòu)15根據(jù)占據(jù)最少空間的原則，按照外殼的形狀對柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。在封裝結(jié)構(gòu)中，用于檢測和釋放藥物等孔結(jié)構(gòu)也制作在內(nèi)。
參見圖7，圖7為當(dāng)柔性皮膚技術(shù)在規(guī)模生產(chǎn)時不合適另外一種封裝形式。各類傳感器，制動器，集成電路ASIC獨立在不同的圓片上制造。其中某些部件可以一起制造，取決于可集成程度。先進(jìn)行圓片級封裝，然后再將圓片劃片，以消除圓片封裝產(chǎn)生的應(yīng)力?？梢赃x用剝離圓片封裝或硅圓片封裝。硅陣列基于SiP技術(shù)進(jìn)行封裝。單獨的芯片制成后，將他們用焊接或柔性粘結(jié)方法貼于柔性電路板20上。電路板上有金屬引線30。一些傳感器部件甚至可以貼于膠囊內(nèi)窺鏡的外殼10上，例如釋藥制動器可以貼于外殼表面。鏡頭制動器貼于外殼上鏡頭邊。pH傳感器207，壓力傳感器202也可以貼在外殼上。放置部位可以根據(jù)治療的需求進(jìn)行選擇。集成電路ASIC 212可以突破在一塊芯片上制造的方式而分布在幾塊芯片上。還可以對芯片設(shè)計更多的功能。
參見圖8，圖8為膠囊內(nèi)窺鏡中的磁體分布，用于控制膠囊的運(yùn)動。體外提供的磁場對磁體產(chǎn)生力的作用。幾塊不同磁體40，例如3塊，放在膠囊內(nèi)不同方位。加速度計211或陀螺儀213提供了膠囊內(nèi)窺鏡的位置和角度信息。磁場根據(jù)位置和角度信息設(shè)置方向，當(dāng)它達(dá)到一定值時，對磁體40的與膠囊朝向平行的磁力將推動膠囊向前運(yùn)動。三個位于不同方位的磁體40可形成方向三維變動的磁力。磁場45的大小和持續(xù)時間確定，膠囊的運(yùn)動也就可以確定。磁場產(chǎn)生裝置可以產(chǎn)生方向三維可調(diào)的磁場45。
參見圖9A、圖9B，圖9A為膠囊自主在腸道90內(nèi)移動。當(dāng)它到達(dá)特定的部位后，比如需要施藥的某病理部位，需要較長時間的停留來精確施藥?？刂菩盘栕泽w外發(fā)出。膠囊內(nèi)窺鏡收到該信號后，氣囊制動器206產(chǎn)生相應(yīng)的動作，對氣囊60充盈氣體或液體。這樣，膨脹的氣囊使得膠囊被阻隔在某一特定部位。在這里可以使用兩種充盈機(jī)制。一種是將腸道內(nèi)的液體或氣體泵到氣囊60內(nèi)，另一機(jī)制為通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生無毒害氣體來充盈氣囊60，在這種機(jī)制中，選擇合適的反應(yīng)物對于安全考慮非常重要。當(dāng)氣囊61充盈后，腸道也會充分?jǐn)U展，圖9B為用膨脹的氣囊61使膠囊內(nèi)窺鏡在胃腸道某部位進(jìn)行固定。這時膠囊的體積相對腸道而言比較小，離腸道某方位的特定部位有一定距離，在這種情況下，對某一特定部位進(jìn)行施藥等動作就不太方便。因此，氣囊60可以進(jìn)一步分成多個互不連通的腔體。通過有選擇的對某幾個腔體進(jìn)行充氣或放氣，可以不斷調(diào)整好膠囊相對腸道90的位置，使得處理或檢測特定部位準(zhǔn)確而方便。當(dāng)對該特定部位的處理完畢后，再通過制動器將氣體或液體泵出膠囊內(nèi)部。
參見圖10，圖10為傳感器檢測通道截面圖。兩個孔80在傳感器敏感面2071(如pH傳感器)處連通，使得體液可以方便的流過傳感器敏感面。圖中，通過外殼10形狀等共同組成的通道可以方便的用溫度傳感器208，pH傳感器207，壓力傳感器202，刺激電極209去檢測體液。在通道的底部，可以進(jìn)一步制作制動器，以加速體液在通道中的流動。傳感器敏感面2071和體液接觸，因此必須是無毒的，或者說是生物相容材料制成的。另外，內(nèi)含刺激電極的通道必須和測量其它幾個量的通道獨立，因為當(dāng)刺激電極對外施加電流時，附近體液的溫度和pH值可能會發(fā)生改變。
參見圖11，圖11是超聲定位系統(tǒng)的原理圖。下方的壓電聲共振腔PSRC裝置2000的組成單元有聲傳感器2106，底板2107，腔體2015，側(cè)板2104，頂板2102，壓電制動器2103。PSRC裝置可以向外發(fā)射超聲信號。信號通過腔體2015和開口2101向外形成超聲場。場中運(yùn)動的物體(如膠囊內(nèi)的超聲傳感器210上的金屬片)將改變PSRC的共振狀態(tài)。這個裝置可以小型化，進(jìn)行模塊化封裝，形成超聲定位系統(tǒng)的探頭。通過計算PSRC2100的狀態(tài)信息，金屬片和PSRC2100之間的距離可以計算得到。具有特殊聲阻抗的金屬片210由微機(jī)電系統(tǒng)MEMS或大規(guī)模集成電路IC工藝集成在膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)。
參見圖12，圖12是PSRC2100裝置在體外的放置示意圖。從引線2108中傳出的信號可以計算得到膠囊內(nèi)窺鏡作為一個節(jié)點在胃腸道中的確切位置。若超聲傳感器含3片金屬片210，超聲裝置可以同時得到膠囊內(nèi)窺鏡的位置和角度信息。
膠囊內(nèi)窺鏡也可以使用電磁原理定位。膠囊接收外部發(fā)射出來的電磁信號，再將接收到的信號簡單處理再往外發(fā)射，由穿在人體的衣服上的接收器接收，傳送給計算機(jī)進(jìn)行處理，也可以得到膠囊內(nèi)窺鏡的位置信息。該膠囊內(nèi)的接收器可以和其它信號的接收器共用同一個天線。這種位置信號與其它信號的區(qū)分可以使用上面描述的功能信號區(qū)分方法。
上面描述的該膠囊內(nèi)窺鏡具有高分辨率圖像攝取，pH值檢測，溫度檢測，壓力檢測，電位檢測，膠囊固定，位置角度檢測，運(yùn)動控制等功能。它能取代傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的功能，而且也拓展了現(xiàn)有膠囊內(nèi)窺鏡的功能，特別在檢測眾多信號方面。和傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡相比，它明顯具有體積小的優(yōu)勢，能舒適方便的檢測小腸部位；而且膠囊能通過膨脹的氣囊固定，方便準(zhǔn)確的對特殊部位進(jìn)行施藥和手術(shù)；具有釋藥功能用于治療；具有對病灶部位提供精確的位置、角度信息功能。大規(guī)模集成電路IC和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝是本發(fā)明得以實現(xiàn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。柔性皮膚技術(shù)或使用柔性基板，和大規(guī)模集成電路IC、微機(jī)電系統(tǒng)MEMS工藝一起極大的減少了占據(jù)空間，用于容納儲藥艙。在本發(fā)明的基本思想下，還可以包含更多的相關(guān)的檢測部件和治療方式。
權(quán)利要求
1.一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，主要包括一個外殼、芯片陣列、儲藥艙、磁體和天線，其特征在于所述一個多面或普通光滑面的外殼外表面設(shè)有一個鏡頭，膠囊外殼外表面上還設(shè)有藥物釋放孔、傳感器檢測孔、氣囊充放氣孔，所述芯片陣列位于剛性或柔性基底之上或之中，該芯片陣列集成有信號解調(diào)、處理、調(diào)制、發(fā)射集成電路、圖像傳感器、數(shù)個白光發(fā)光二極管、數(shù)個紅外光發(fā)光二極管、一個pH傳感器、一個壓力傳感器、超聲傳感器、一個三軸加速度計、一個陀螺儀、一個刺激電極、一個釋藥制動器、一個氣囊充放氣制動器，膠囊內(nèi)設(shè)有數(shù)個儲藥艙，膠囊內(nèi)窺鏡的操作由體外的無線信號控制，由集成電路進(jìn)行調(diào)制、處理、解調(diào)收到的信號，并將檢測到信息通過無線向外發(fā)送，膠囊內(nèi)窺鏡通過無線方式提供能量，本身設(shè)有備用電池供能方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述傳感器、制動器、集成電路采用CMOS兼容的微機(jī)械系統(tǒng)和大規(guī)模集成電路IC工藝制作在一芯片上，采用柔性皮膚技術(shù)，芯片被刻蝕成多個芯片島群，外層覆蓋聚合物層，形成柔性封裝結(jié)構(gòu)，柔性芯片陣列被制作在膠囊內(nèi)窺鏡外殼上或近外殼區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述傳感器、制動器、集成電路制作在不同圓片上，無需CMOS兼容，部分元件可以集成在同一圓片上，先進(jìn)行圓片級封裝，再對其進(jìn)行劃片以消除圓片應(yīng)力，可采用玻璃圓片或硅片進(jìn)行封裝。這些裸片直接用焊接或軟性粘接貼于基底表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述芯片安裝于柔性或剛性基板上，剛性基底貼于多面體外殼，柔性基底貼于光滑外殼內(nèi)外的部分表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述鏡頭安裝在外殼外表的前表面上或制作在柔性基底上或直接制作在柔性基底的硅島上，外殼外表上裝有數(shù)個白光發(fā)光二極管、數(shù)個紅外光發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管群以裸露安裝或采用封裝好的形式制作于柔性基底上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述儲藥艙由塑料或其它生物相容性材料制成，數(shù)個儲藥艙用于釋放不同類型的藥物，儲藥艙占據(jù)膠囊內(nèi)窺鏡大部分的體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述超聲傳感器、加速度計和陀螺儀一起用于測定膠囊內(nèi)窺鏡的準(zhǔn)確位置和方位及三維角度信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述紅外光發(fā)光二極管用于區(qū)別溫度狀況不同于其它組織的病理組織。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述膠囊內(nèi)至少設(shè)有三個磁體，安置于不同的方位，體外的裝置產(chǎn)生方向可控制的磁場，由當(dāng)膠囊內(nèi)窺鏡被超聲傳感器、加速度計和陀螺儀檢測、定位或用電磁原理對其定位后，利用磁力推動膠囊內(nèi)窺鏡的運(yùn)動并控制膠囊內(nèi)窺鏡的轉(zhuǎn)動及運(yùn)動的速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述膠囊外殼外表面上設(shè)有的傳感器檢測孔與傳感器敏感面相通，使pH傳感器、壓力傳感器、刺激電極和體液接觸，膠囊內(nèi)窺鏡與體液相接觸的部分都由生物相容性材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述氣囊充放氣制動器對氣囊充入氣體或液體，使膠囊內(nèi)窺鏡固定在腸道的某個部位以方便釋藥和更仔細(xì)地進(jìn)行檢測治療。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述備用電池供能方式采用可裝卸模塊形式。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述集成電路中設(shè)有一個濾波程序來區(qū)分供能信號和控制信號，功能信號的頻率比控制信號頻率低兩個數(shù)量級，通過判斷頻率來達(dá)到區(qū)分目的，或者設(shè)置一個時間分配機(jī)制的方法來區(qū)分功能信號和控制信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述功能信號和其它信號傳輸共用一個天線。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，其特征在于所述超聲傳感器為具有特殊聲阻抗的金屬片，壓電聲共振腔PSRC裝置用于發(fā)射和接收共振信號。
全文摘要
一種可釋藥的膠囊內(nèi)窺鏡，主要包括外殼、芯片陣列、儲藥艙、磁體和天線，其特征在于所述外殼上設(shè)有鏡頭、各類功能孔，所述芯片陣列位于基底之上，集成有信號處理、發(fā)射集成電路及各類傳感器與制動器，膠囊內(nèi)設(shè)有儲藥艙，由體外的無線供能、控制操縱。本發(fā)明的優(yōu)點是采用無線供能及控制方式，能夠長時間可靠的工作，采用超聲檢測定位，并用加速度計和陀螺儀測定，使定位更精確，具備運(yùn)動控制功能，固定定位功能，檢測功能種類多，并具備治療釋藥功能，膠囊內(nèi)窺鏡經(jīng)清潔或簡單的修復(fù)可重復(fù)使用。
文檔編號A61M31/00GK1868396SQ20051002626
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者劉勝, 陸瑞毓, 陳斌, 陳君杰, 甘志銀 申請人:上海飛恩微電子有限公司