一种无线胶囊及制备方法和可穿戴胃肠生物信号感知系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无线胶囊及制备方法和可穿戴胃肠生物信号感知系统。本发明专利技术利用胶囊上的感应线圈与腹带上的感应线圈之间的耦合作用，实现肠道内气压和温度的无创在线检测。无线胶囊中的压力传感器为平板电容结构，由于胶囊内部充气量恒定且密封良好，利用胶囊与肠道的气压差引起的形变调节胶囊上下极板间距及其电容；温度传感器为叉指电极结构的平面电容传感器，随着肠道温度的变化其介电常数发生变化，进而体现为电容的变化，从而实现胃肠腔内压力、温度生物信号的无线无源实时检测，揭示功能异常的消化道动力特征，填补了当前消化道无创实时动力探测空白，为胃肠功能性疾病提供精确的定位定性诊断与治疗。精确的定位定性诊断与治疗。精确的定位定性诊断与治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种无线胶囊及制备方法和可穿戴胃肠生物信号感知系统


[0001]本专利技术属于信息收集技术、传感器技术、纳米材料、胃肠动力领域，具体涉及一种无线胶囊及制备方法和可穿戴胃肠生物信号感知系统。

技术介绍

[0002]功能性消化不良(Functional Dyspepsia,FD)是指无胃肠器质性病变(如肿瘤、溃疡等内镜下改变)的上消化道功能改变所产生的一系列症状，如早饱、餐后饱胀、烧灼感甚至疼痛等表现。功能性消化不良在亚洲人群的患病率为5％～30％，由于检测手段有限及病理生理学研究进展缓慢，一直缺乏针对明确病因的精准治疗。
[0003]胃肠动力研究至今，受制于检测设备研发进展缓慢的现实，侵入性有创设备如高分辨率测压仪，虽能实时测定腔内压力变化并绘制压力分布图，但仅适用于食管或肛管直肠测压，对于胃、十二指肠等距离口肛较远且空腔内径较大的消化道，由于测压设备导管长度的限制和与肠壁黏膜接触的不确定性，测压肠段范围有限且压力数据不可靠，不能反映真实的胃肠动力变化。闪烁成像、呼气试验等无创检查，虽对胃排空速率的测定具有价值，但测定小肠动力的操作复杂、耗时长、费用高，难以准确反映小肠的实时动力情况，导致小肠动力的在体研究仍处于空白。
[0004]无线胶囊有良好的患者耐受性，且可采集胃肠腔内压力等生理环境参数，虽定位粗糙，但加以改进，即具有广阔的科研和临床应用前景。针对无线运动胶囊不能精确定位的缺点，近年来出现了磁控胶囊技术，使用外部的磁控手柄控制体内的胶囊运动和信息采集，并定位胶囊位置。不足之处是对于胃肠动力的测量不够精确，是利用胶囊在胃肠动力和磁力作用下的位置和运动数据和驱动磁力估计出胃肠动力的。而且大多数胶囊内部需要安装电源，为信息采集提供能量。
[0005]综上，针对国人患病率较高的功能性消化不良等胃肠功能障碍疾病，现有检测设备明显不足且存在各种问题，研发无创的胃肠动力检测设备迫在眉睫，既可填补胃肠动力在体研究的空白，增进对胃肠功能异常的深入认识，亦可在临床工作准确诊断胃肠动力异常的部位和病变类型，促进针对不同病因的治疗进展。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提出一种具有采集胃肠腔内压力、温度等生物信号的无线胶囊和体表可穿戴的高密度信号接收柔性腹带，可采集不同胃肠道区域的消化道压力和温度变化情况，便于研究功能异常的消化道动力方式的类型，填补消化道动力在体研究的空白，为功能性消化不良等胃肠功能性疾病提供精确的定位定性诊断，以期实现精准治疗。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种无线胶囊，包括胶囊腔体1、压力传感器和温度传感器，所述压力传感器为基于LC谐振原理的平板电极结构的变极距式电容传感器，所述温度传感器为叉指电极结构的变介电常数式电容传感器；
[0008]所述压力传感器包括对压力敏感的胶囊腔体1、平板电极2和电感线圈5，所述温度传感器包括温度传感部分叉指电极3、对温度敏感的介质4和电感线圈5；
[0009]所述胶囊腔体1的第一表面和第二表面均具有平板电极2和电感线圈5，所述平板电极2与电感线圈5串联，所述第一表面与所述第二表面相对；
[0010]所述胶囊腔体1的第三表面具有叉指电极3、对温度敏感的介质4和电感线圈5；所述对温度敏感的介质4覆盖在所述叉指电极3上，所述叉指电极3与所述电感线圈5串联，所述第三表面与所述第一表面相邻。
[0011]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0012]进一步的，所述压力传感器采用方形电容平板串联方形电感线圈的结构，或圆形电容平板串联圆形电感线圈的结构。
[0013]进一步的，所述胶囊腔体1的材料选用联苯四甲酸二酐、对苯二胺、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、医用级塑料材料聚碳酸酯、聚四氟乙烯和蚕丝的一种或至两种。
[0014]进一步的，所述电感线圈5采用平面方形螺旋电感结构或平面弱耦合方形螺旋电感结构。
[0015]进一步的，所述对温度敏感的介质4选用rGO/Fe3O4/PVDF复合物、锑化铟、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化铝和钛酸钡中的一种或两种。
[0016]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种无线胶囊的制备方法，包括以下步骤：
[0017]制备对压力敏感的胶囊腔体1，利用导电银浆以丝网印刷的方式，在胶囊腔体1的第一表面和第二表面印刷平板电极2和电感线圈5，平板电极2与电感线圈5串联，所述第一表面与所述第二表面相对；
[0018]利用导电银浆以丝网印刷的方式，在所述胶囊腔体1的第三表面上印刷叉指电极3和电感线圈5；所述叉指电极3与所述电感线圈5串联，所述第三表面与所述第一表面相邻；
[0019]将对温度敏感的介质4涂覆在所述叉指电极3上。
[0020]进一步的，所述对温度敏感的介质4的制备方法包括以下步骤：
[0021]取50
‑
100mg氧化石墨烯(GO)溶于去离子水中，GO质量分数为0.1％
‑
0.2％，超声2h，加入质量为GO质量2
‑
3倍的聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)，获得GO水溶液；将200mg
‑
400mg FeCl3和100mg
‑
200mg FeCl2加入100ml去离子水中，FeCl3和FeCl2质量比为2:1，超声0.5h，得到第一混合液，将所述第一混合液倒入所述GO水溶液中，超声1h；升温至60℃后，滴加质量分数为30％的氨水，调整第一混合液到pH＝9，反应1.5h后加入5ml水合肼还原制得rGO/Fe3O4；
[0022]将rGO/Fe3O4以4mg/ml分散于DMF溶剂中，再加入PVDF，得到第二混合液，将所述第二混合液涂覆在叉指电极表面，超声2h后70℃下烘干去除DMF溶剂，最后220℃下热压获得对温度敏感的rGO/Fe3O4/PVDF复合物，rGO/Fe3O4在rGO/Fe3O4/PVDF中的质量百分比为0.5wt％
‑
2wt％。
[0023]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种可穿戴胃肠生物信号感知系统，包括上述的无线胶囊、柔性腹带和网络分析仪；所述柔性腹带包括纺织布和位于纺织布上的测量线圈，所述柔性腹带上的测量线圈与所述网络分析仪连接；
[0024]所述网络分析仪用于发出扫频信号并传输至所述柔性腹带上的测量线圈上，当扫
频信号的频率与所述无线胶囊上的传感器的谐振频率相同时，扫频信号通过所述柔性腹带上的测量线圈与无线胶囊中的电感线圈之间的电感耦合进入所述无线胶囊上的传感器，进而在网络分析仪上产生谐振峰，通过所述谐振峰的位置获得所述压力传感器和温度传感器的电容值，并根据电容公式和介电常数与温度的关系式计算得出电压和温度值。
[0025]进一步的，所述测量线圈呈阵列式分布。
[0026]进一步的，所述测量线圈利用导电银浆以丝网印刷的方法制备。
[0027]本专利技术采用的技术原理如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线胶囊，其特征在于，包括胶囊腔体(1)、压力传感器和温度传感器，所述压力传感器为基于LC谐振原理的平板电极结构的变极距式电容传感器，所述温度传感器为叉指电极结构的变介电常数式电容传感器；所述压力传感器包括对压力敏感的胶囊腔体(1)、平板电极(2)和电感线圈(5)，所述温度传感器包括温度传感部分叉指电极(3)、对温度敏感的介质(4)和电感线圈(5)；所述胶囊腔体(1)的第一表面和第二表面均具有平板电极(2)和电感线圈(5)，所述平板电极(2)与电感线圈(5)串联，所述第一表面与所述第二表面相对；所述胶囊腔体(1)的第三表面具有叉指电极(3)、对温度敏感的介质(4)和电感线圈(5)；所述对温度敏感的介质(4)覆盖在所述叉指电极(3)上，所述叉指电极(3)与所述电感线圈(5)串联，所述第三表面与所述第一表面相邻。2.根据权利要求1所述的一种无线胶囊，其特征在于，所述压力传感器采用方形电容平板串联方形电感线圈的结构，或圆形电容平板串联圆形电感线圈的结构。3.根据权利要求1所述的一种无线胶囊，其特征在于，所述胶囊腔体(1)的材料选用联苯四甲酸二酐、对苯二胺、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、医用级塑料材料聚碳酸酯、聚四氟乙烯和蚕丝的一种或至两种。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种无线胶囊，其特征在于，所述电感线圈(5)采用平面方形螺旋电感结构或平面弱耦合方形螺旋电感结构。5.根据权利要求1至3任一项所述的一种无线胶囊，其特征在于，所述对温度敏感的介质(4)选用rGO/Fe3O4/PVDF复合物、锑化铟、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化铝和钛酸钡中的一种或两种。6.一种无线胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备对压力敏感的胶囊腔体(1)，利用导电银浆以丝网印刷的方式，在胶囊腔体(1)的第一表面和第二表面印刷平板电极(2)和电感线圈(5)，平板电极(2)与电感线圈(5)串联，所述第一表面与所述第二表面相对；利用导电银浆以丝网印刷的方式，在所述胶囊腔体(1)的第三表面上印刷叉指电极(3)和电感线圈(5)；所述叉指电极(3)与所述电感线圈(5)串联，所述第三表面与所述第一表面相邻；将对温度敏感的介质(4)涂覆在所述叉指电极(3)上。7.根据权利要求6所述的一种无线胶囊的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏元捷，陈彦梦，谢光忠，陈春旭，李惟雄，黎威志，杜晓松，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：