數(shù)字藥丸—傳感器的身體之旅

植入或吞咽的醫(yī)療設(shè)備需要能夠承受人體環(huán)境，同時(shí)又不影響身體功能?！潜闶菙?shù)字藥丸。

什么是數(shù)字藥丸（放射性藥物）？

數(shù)字藥丸 有時(shí)稱為放射性藥物，是可以吞咽并在人體中傳播時(shí)提供感官讀數(shù)的醫(yī)療設(shè)備。Radio Pills于1957年開發(fā)，包含正常運(yùn)行所需的所有硬件，包括傳感器，發(fā)射器和電池。自從第一個(gè)放射性藥物以來(lái)，技術(shù)現(xiàn)在允許具有令人難以置信的高級(jí)功能，包括處理器，照相機(jī)，燈光和氣體傳感器，從而使它們能夠執(zhí)行各種醫(yī)療監(jiān)視程序。

數(shù)字藥丸如何工作？

如前所述，數(shù)字藥丸包括將信息從人體內(nèi)部無(wú)線傳輸?shù)酵獠?a target="_blank">接收器所需的所有硬件。較早的數(shù)字藥丸使用模擬電路，傳感器的輸出直接影響無(wú)線電發(fā)射器的振蕩器模塊。但是，現(xiàn)代系統(tǒng)可以利用小型硅芯片的優(yōu)勢(shì)，從而可以使用微控制器，外圍設(shè)備和傳感器。

第一個(gè)放射性藥丸使用的是壓力傳感器，當(dāng)時(shí)一位醫(yī)生演示了這一點(diǎn)，他展示了當(dāng)他對(duì)病人的胃施加壓力時(shí)，從藥丸中接收到的數(shù)據(jù)如何變化。

成像膠囊集成了小型數(shù)碼相機(jī)允許監(jiān)視內(nèi)部器官并從體內(nèi)流式傳輸實(shí)時(shí)圖像需要很高的比特率（高達(dá)2.7Mbit / s）。氣體感應(yīng)藥丸需要使用允許氣體擴(kuò)散通過(guò)的半透膜，這些膜將傳感器容納在藥丸內(nèi)。從那里，傳感器的讀數(shù)被發(fā)送到微控制器，該微控制器可以在無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。使數(shù)字藥丸成為可能的是電子設(shè)備的縮小，以及制造不會(huì)破壞內(nèi)部身體功能的生物惰性外殼的能力。

數(shù)字藥丸需要考慮哪些設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)？

設(shè)計(jì)數(shù)字藥丸要考慮兩個(gè)主要因素：內(nèi)部電子設(shè)備和外殼。與植入的醫(yī)療設(shè)備不同，攝入的數(shù)字藥丸會(huì)受到整個(gè)消化系統(tǒng)產(chǎn)生的所有惡劣環(huán)境的影響。如果藥丸在運(yùn)輸過(guò)程中受損，則身體必須將受損的藥丸視為良性，并使其無(wú)副作用地通過(guò)。

藥丸遇到的第一個(gè)惡劣環(huán)境是胃，其pH值可低至1（從角度來(lái)看，汽車電池的pH值為0.7，但請(qǐng)記住，pH值是對(duì)數(shù)的）。結(jié)果，藥丸的外殼需要能夠處理酸性溶液。但是，胃的酸度可能會(huì)給設(shè)計(jì)者帶來(lái)好處。酸可用于激活藥丸，因此僅在吞咽后才消耗能量。

但是，胃酸不是藥丸所面臨的唯一障礙；胃酸度不是藥丸所面臨的唯一障礙。胃也有磨砂作用從而嘗試通過(guò)機(jī)械方式分解食物。因此，至關(guān)重要的是，膠囊不僅耐酸而且還具有適度的壓碎力。通過(guò)胃后，藥丸需要在長(zhǎng)腸中生存，在那里，它會(huì)受到肝臟（即膽汁）產(chǎn)生的堿溶液，腸壁不斷的壓縮作用以及潛在的揮發(fā)性氣體（例如甲烷）的影響。

此外，就像任何植入的醫(yī)療設(shè)備一樣，藥丸的內(nèi)部組件也需要仔細(xì)選擇。雖然消化道比免疫系統(tǒng)寬容得多，但藥丸的成分一定不能有毒。如果藥丸開了，里面的東西必須能夠安全通過(guò)而不會(huì)傷害身體。這就是使用銀基電池的原因，因?yàn)樗鼈兪菬o(wú)毒的。鋰離子電池具有出色的能量密度，但消耗時(shí)有毒。

結(jié)語(yǔ)

任何進(jìn)入人體的物品都必須符合嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，以最大程度地降低風(fēng)險(xiǎn)，并且橫穿人體絕非易事。盡管環(huán)境溫度可以保持恒定，但是各種有機(jī)化合物，流體和機(jī)械應(yīng)力可能會(huì)使任何電子系統(tǒng)都難以承受。最重要的是，終端設(shè)備在容納電源的同時(shí)必須易于吞咽和通過(guò)，并在整個(gè)行程中繼續(xù)傳輸信息。

審核編輯 黃昊宇