[发明专利]气体传感器胶囊

说明书

一种适于引入到哺乳动物的消化系统和胃肠道(GI)的胶囊，其包括胶囊形容器，胶囊形容器由能够与消化系统生物相容的壁材料构成并且适于保护包含在胶囊中的电子和传感器装置。胶囊包含在几个温度点下可操作短持续时间的气体成分传感器、温度传感器、微控制器、电源和无线传输装置。胶囊壁包括与所述气体传感器相邻的透气膜。微处理器被编程为从传感器接收数据信号并将信号转换成适合于传输到外部计算装置的气体成分和浓度数据以及温度数据。

技术领域

本发明涉及在可服用的传感器胶囊方面有用的气体传感器，气体传感器用于监测哺乳动物(包括人类)的胃肠(GI)道中产生的气体。

背景技术

虽然目前有可用的诊断工具，诸如胶囊内窥镜检查和呼吸分析仪，但是没有用于分析胃肠道中的气体成分的设备。关于这些气体成分与不同疾病相关联的极大可能性，有很多报道。然而，由于缺乏任何合适的工具以及这些测量为患者带来的不便，该区域的潜力尚未完全实现。

胶囊相机(Pillcam^TM)在市场上可买到，用于可视化结肠和评估息肉。还可买到SmartPill，其是可服用的胶囊，在通过胃肠(GI)道期间测量pH、压力和温度。

美国专利8469857公开了一种通过分析呼吸分析中的气体来诊断GI状况的方法。

专利申请WO2013/003892公开了一种具有气体传感器和用于反刍动物的透气膜的胶囊。

光学气体传感器(通常是红外线-IR)甚至是开发的最具气体选择性的装置，并且也在WO2013/003892中用于反刍动物。然而，这种胶囊的尺寸很大，不能用于人类。目前还没有用于制造可用于人类的小型的基于红外线的气体传感器的技术。用于人类的最小药丸尺寸标准是OOO，并且目前的光学技术都不允许开发这种基于光学的气体胶囊。美国专利申请2009/0318783公开了一种计算机化的方法，其使用包含传感器的可服用的胶囊分析来自胃肠道的数据，并提供针对时间绘制的关于测量的数据。

美国专利申请2013/0289368公开了一种可服用的胶囊，其具有气体检测器以帮助诊断胃肠道疾病。

现有技术装置的难点是气体传感器缺乏选择性。例如，纯PDMS膜允许所有气体种类透过。当使用高选择性气体传感器时，这可是可接受的。然而，大多数可用的气体传感器是非选择性的。例如，目前的氢气(H₂)气体传感器也对诸如甲烷(CH₄)的其他气体种类敏感。这种缺乏特殊性严重损害了测量的准确性。

本发明的目的是提供一种可以检测多种气体的用于胃肠道胶囊的气体传感器。

发明内容

为此，本发明提供了一种用于检测胃肠道气体的气体光谱仪(gasspectrometer)，气体光谱仪包括半导体气体传感器和热导气体传感器，半导体气体传感器和热导气体传感器分别在不同的温度下操作预定的持续时间，使得半导体气体传感器和热导气体传感器能够选择性地检测氧气、氢气、二氧化碳和甲烷；两种气体传感器在微处理器的控制下操作，该微处理器用软件编程以区分气体。

通过改变气体传感器的操作温度，对肠道的特定气体或多或少变得敏感。通过改变加热器温度(改变加热持续时间)，气体传感器可以作为单个元件，其根据加热的持续时间对各种气体产生不同的值。每次采样值可以被认为是伪光谱仪的像素。这意味着，如果传感器被采样两次，则产生两个像素的光谱(spectrum)。如果传感器元件被采样100次，则生成100个像素的光谱。每个光谱更特定于传感器元件。在本发明中，给出了最简单的伪元件，其由按传感器的两个像素组成。半导体传感器和热导传感器是本发明的基础，因为它们都显示出气体响应，气体响应是其操作温度的强大的且可重复的函数。

基于半导体和热导的传感器另一个优点是其尺寸非常小(在mm量级范围内)。因此，其是小于OOO胶囊尺寸的人体气体传感器胶囊中的气体传感器元件的最佳候选者。