用于在胃肠道中采集样本和/或将与健康相关的物质输送至胃肠道的可吞服设备和方法技术

一种用于从人类或哺乳动物的胃肠道的目标区域采集样本和/或用于将与健康相关的物质输送至目标区域的可吞服设备。该可吞服设备具有：壳体，该壳体包括至少一个第一端口且至少包括能够与所述至少一个第一端口连通的容积可变的第一隔室；致动组件，该致动组件用于改变第一隔室的容积以通过所述至少一个第一端口采集样本和/或释放与健康相关的物质；延迟结构，该延迟结构用于使所述致动组件延迟以改变第一隔室的容积，直到可吞服设备在目标区域处或其附近为止；以及电路结构，该电路结构用于检测可吞服设备到达目标区域处以及用于检测样本采集和/或与健康相关的物质释放结束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在胃肠道中采集样本和/或将与健康相关的物质输送至胃肠道的可吞服设备和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年8月6日提交的美国临时专利申请序列第62/714,769号和于2019年5月15日提交的美国专利申请序列第16/413,026号的权益，这些专利中的每个专利的内容通过参引全部并入本文。
本公开总体上涉及一种可吞服设备，并且特别地涉及用于采集胃肠道内容物的样本和/或将与健康相关的物质输送至胃肠道内容物的可吞服设备和方法。
技术介绍
胃肠(GI)道是从嘴至肛门的实质上呈长且扭曲的管的形式的一系列接合的中空器官。GI道中的内容物比如组织、粘膜细胞、微生物群、分子等包含关于GI道状况的信息。GI内容物的样本可以经由粪便采样来采集。然而，GI内容物的空间和时间信息在粪便样本中保存较差。因此，在许多情况下都期望能够通过使用适合的采样工具直接从GI道的内部采集GI内容物的样本。GI道的不同器官具有不同程度的可及性。例如，小肠是又深又长的器官，使用经口或经肛导管难以进入小肠。因此，在现有技术中已经开发了用于进入GI道并在GI道中采样的各种采样工具和方法。可以使用不同类型的管通过抽吸采集GI道中深处区段、特别是小肠中的内容物的样本。例如，由SkalaI和SimacekJ发表在Gut,Apr.1968,9(2):246-248中的标题为“Deviceforobtainingsamplesofintestinalcontentsformicrobiologicalandbiochemicalexaminations(获取用于微生物或生化检验的肠内容物的样本的装置)”的学术文章教识了一种具有筒形头部的中空管。筒形头部具有开口，该开口可以由通过管和偏置弹簧的空气吸力开启及关闭。经口引入到GI道中之后，可以通过检查X线图像确定管头部的位置。通过使用空气吸力将GI内容物的样本采集到管中。通过使用这种具有内窥镜辅助抽吸或活检技术的管，可以有效地在上部GI道、结肠以及甚至小肠的近端部分中采样，因为内窥镜医生可以实时观察管腔内图像并且采集GI内容物。然而，这些技术是侵入性的。此外，这些技术价格昂贵，并且不适合大规模研究。这些技术的另一缺点在于这些管不能到达整个小肠。Pawelec的美国专利第4,481,952号公开了一种用于获取胃和/或肠道内容物的样本的可吞咽胶囊，该胶囊限定了具有入口端口的内部液体接纳腔室，该入口端口通常通过阻塞装置与胶囊的外部密封隔开，该阻塞装置包括聚集物，聚集物的性质在与存在于消化道中的适合液体接触时改变，使得该装置将入口端口与胶囊的外部连通，从而允许液体的样本被吸入到腔室中。位于腔室内的是关闭装置，该关闭装置通常通过质量块保持在允许流动的位置中，该质量块将关闭装置的必要部件以使得这些部件不能移动的方式粘合在一起，使得关闭装置的动作被中和。该质量块响应于与消化道的适合液体接触以允许关闭装置操作并密封腔室，使得在其进一步行进通过消化道的其余部分时确保样本不受污染。该装置的主要优点是由于其结构简单而成本低。然而，样本采集在很大程度上依赖于在采样时间段期间的重力、GI内容物的流速、以及GI道的特定部分的蠕动力。该装置被设计成从包括代表腔内容物的肠道内容物的管腔内空间采集样本，但该装置通常不适于采集信息丰富的粘膜和上皮内容物，信息丰富的粘膜和上皮内容物驻留在GI道的粘膜层内并且可以具有更重要的诊断价值。此外，该装置不包括任何追踪模块。因此，为了追踪该设备在体内的位置和采样状态，需要进行比如闪烁扫描或X射线扫描的放射扫描，但由于辐射问题，患者较少优选这些扫描。其他现有的胃肠采样技术包括基于微机电系统(MEMS)的胶囊，该胶囊采用一种用以在GI道中采集样本的主动机制。例如，由CuiJ,ZhengX,HouW,ZhuangY,PiX,andYangJ发表在TelemedJEHealth,Sep.2008,14(7):715-9,doi:10.1089/tmj.2007.0118中的标题为“Thestudyofaremote-controlledgastrointestinaldrugdeliveryandsamplingsystem(远程控制的胃肠道药物输送和采样系统的研究)”的学术论文教识了一种基于MEMS技术的用于诊断和治疗胃肠疾病的微机械胶囊。该微胶囊可以在胃肠道中进行实时药物释放和胃肠采样。根据胃肠道的结构和代谢特性，将微胶囊的构型设计为筒形。这种不可消化的口腔装置可以顺利通过胃肠道以用于药物输送和管腔内液体采样。该胶囊的工作机理是活塞的机械运动模式，该胶囊通过MEMS发热元件进行调节。胃肠道中的药物输送和胃肠内容物采样的动作是无线进行的。该遥控装置可以通过串行端口(RS-232)与计算机连接，并且遥控装置可以用于远程医疗应用。根据作者，实验结果表明该微胶囊可以可靠地实现药物输送和管腔内液体采样。荷兰埃因霍温的MedimetricsPersonalizedDrugDeliveryB.V.还开发了一种基于MEMS的胶囊被称为(IntelliCap是荷兰阿姆斯特丹KoninklijkePhilipsN.V.在欧盟的注册商标)。该胶囊结合电动微致动器与多个传感器，所述多个传感器用于检测包括pH和温度在内的多个形态以及用于估计胶囊在GI道中的位置。当胶囊到达GI道中的期望的位置时，微致动器提供单向推进，以经由用于靶向药物输送的开口将药物推出储存器。据信还可以通过以下方式用于GI液体采样：将重新设计成提供沿微致动器的相反致动方向的单向推进，以在储存器中产生恒定的负压以用于吸引GI液体经由相同的开口在储存器中流动。虽然这种基于MEMS的胶囊技术和微系统具有进入小肠的优势，但其制造成本昂贵，由此阻碍了其临床应用。这些基于MEMS的微系统由于其复杂性而难以实现小型化。此外，这些技术和微系统具有低但重大的胶囊滞留风险，在这种情况下，需要进行内窥镜检查或者甚至是开放式手术。
技术实现思路
本文中公开的实施例总体上涉及一种可吞服设备和方法，该可吞服设备和方法用于在人类或哺乳动物(统称为“使用者”)的胃肠(GI)道的目标区域中被动地采集胃肠内容物样本和/或将与健康相关的物质输送至目标区域。待采集的胃肠内容物样本可以从管腔内区域或从粘膜壁层衬里采集，其中，各自的样本将包含不同占比的液体和固体组分。例如，相比于来自内腔空间的样本，粘膜层在组织和粘膜层样本中更加致密。在一些实施例中，本文中公开的可吞服设备包括无线信号发射器，并且该设备可以通过使用在使用者的身体外的无线信号接收器来追踪。根据本公开的一个方面，提供了一种可吞服设备，该可吞服设备用于从人类或哺乳动物的胃肠(GI)道的目标区域采集样本和/或用于将与健康相关的物质输送至目标区域。该可吞服设备包括：壳体，该壳体包括至少一个第一端口和能够与所述至少一个第一端口连通的至少一个第一隔室；致动组件，该致动组件用于改变第一隔室的条件，以用于通过所述至少一个第一端口采集样本和/或释放与健康相关的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可吞服设备，所述可吞服设备用于从人类或哺乳动物的胃肠(GI)道的目标区域采集样本和/或用于将与健康相关的物质输送至所述目标区域，所述可吞服设备包括：/n壳体，所述壳体包括至少一个第一端口和能够与所述至少一个第一端口连通的至少一个第一隔室；/n致动组件，所述致动组件用于改变所述第一隔室的一个或更多个条件，以通过所述至少一个第一端口采集所述样本和/或释放所述与健康相关的物质；/n延迟结构，所述延迟结构用于使所述致动组件延迟以改变所述第一隔室的所述一个或更多个条件，直到所述可吞服设备位于所述目标区域内为止；以及/n电路结构，所述电路结构用于当所述可吞服设备到达所述目标区域内时触发第一信号事件以及用于当所述样本采集结束和/或所述与健康相关的物质释放结束时触发第二信号事件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180806 US 62/714,769;20190515 US 16/413,0261.一种可吞服设备，所述可吞服设备用于从人类或哺乳动物的胃肠(GI)道的目标区域采集样本和/或用于将与健康相关的物质输送至所述目标区域，所述可吞服设备包括：
壳体，所述壳体包括至少一个第一端口和能够与所述至少一个第一端口连通的至少一个第一隔室；
致动组件，所述致动组件用于改变所述第一隔室的一个或更多个条件，以通过所述至少一个第一端口采集所述样本和/或释放所述与健康相关的物质；
延迟结构，所述延迟结构用于使所述致动组件延迟以改变所述第一隔室的所述一个或更多个条件，直到所述可吞服设备位于所述目标区域内为止；以及
电路结构，所述电路结构用于当所述可吞服设备到达所述目标区域内时触发第一信号事件以及用于当所述样本采集结束和/或所述与健康相关的物质释放结束时触发第二信号事件。


2.根据权利要求1所述的可吞服设备，其中，所述样本包括从粘膜层采集的粘膜层样本和从管腔内空间采集的管腔样本中的至少一者。


3.根据权利要求1或2所述的可吞服设备，其中，所述电路结构包括射频(RF)信号发射器，所述射频信号发射器用于在所述第一信号事件被触发时发射RF信号以及在所述第二信号事件被触发时停止发射所述RF信号。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的可吞服设备，其中，所述电路结构配置成用于分别在所述可吞服设备到达所述目标区域内时以及在所述样本采集结束和/或所述与健康相关的物质释放结束时检测所述第一隔室的所述一个或更多个条件的所述改变的开始和结束。


5.根据权利要求1至3中的任一项所述的可吞服设备，其中，所述电路结构包括第一检测电路，所述第一检测电路用于在所述可吞服设备到达所述目标区域内时检测所述GI道中的胃肠内容物。


6.根据权利要求5所述的可吞服设备，其中，所述第一检测电路包括间隔开的第一组电极，所述第一组电极形成处于断开配置的第一开关，当所述第一组电极与所述胃肠内容物接合时，所述第一开关能够切换至接通配置以用于触发所述第一信号事件。


7.根据权利要求5所述的可吞服设备，其中，所述延迟结构包括构造成用于将所述第一检测电路与所述胃肠内容物隔离的隔离结构，所述隔离结构能够在接触所述胃肠内容物时溶解。


8.根据权利要求1所述的可吞服设备，其中，所述致动组件包括：
活塞，所述活塞的至少一部分以可移动的方式接纳在所述壳体中；以及
第一致动结构，所述第一致动结构用于沿着第一方向致动所述活塞以在第一容积与第二容积之间改变所述第一隔室的容积。


9.根据权利要求7所述的可吞服设备，其中，所述致动组件包括：
活塞，所述活塞的至少一部分以可移动的方式接纳在所述壳体中；以及
第一致动结构，所述第一致动结构用于沿着第一方向致动所述活塞以在第一容积与第二容积之间改变所述第一隔室的容积。


10.根据权利要求9所述的可吞服设备，其中，所述第一隔室的所述一个或更多个条件至少包括所述第一隔室的容积。


11.根据权利要求9或10所述的可吞服设备，其中，所述第一致动结构包括一个或更多个偏置弹簧。


12.根据权利要求9至11中的任一项所述的可吞服设备，其中，所述延迟结构包括将所述活塞保持在第一位置中的闩锁，所述闩锁能够在接触所述胃肠内容物时溶解。


13.根据权利要求12所述的可吞服设备，其中，所述闩锁被置于所述活塞的保持肩部与所述壳体之间。


14.根据权利要求12或13中的任一项所述的可吞服设备，其中，所述电路结构包括第二检测电路，所述第二检测电路用于在所述样本采集结束和/或所述与健康相关的物质释放结束时检测所述致动组件的移动。


15.根据权利要求14所述的可吞服设备，其中，所述第二检测电路包括间隔开的第二组电极，所述第二组电极形成处于断开配置的第二开关，当所述第二组电极在所述致动组件移动之后接合导电表面时，所述第二开关能够切换至接通配置。


16.根据权利要求14所述的可吞服设备，其中，所述第二检测电路包括霍尔效应传感器或滑动变阻器，所述滑动变阻器具有联接至所述致动组件的滑块。


17.根据权利要求14所述的可吞服设备，其中，所述第二检测电路包括霍尔效应传感器或滑动变阻器，所述滑动变阻器具有联接至所述活塞的滑块。


18.根据权利要求14至17中的任一项所述的可吞服设备，其中，所述隔离结构还构造成用于将所述闩锁和所述第二检测电路与所述胃肠内容物隔离。


19.根据权利要求18所述的可吞服设备，其中，所述隔离结构是其中接纳所述壳体、所述致动组件、所述闩锁、所述第一致动结构和所述电路结构的外壳。


20.根据权利要求19所述的可吞服设备，其中，所述外壳涂覆有可溶解涂层。


21.根据权利要求1至20中的任一项所述的可吞服设备，还包括可密封部件，所述可密封部件用于以可密封的方式封闭所述至少一个第一端口以密封所述第一隔室。


22.根据权利要求1至21中的任一项所述的可吞服设备，其中，当所述第一隔室具有第一容积时，所述第一隔室与所述至少一个第一端口连通；并且其中，当所述第一隔室具有第二容积时，所述第一隔室与所述至少一个第一端口隔离。


23.根据权利要求1至22中的任一项所述的可吞服设备，还包括刷状件，所述刷状件能够延伸出所述第一隔室以用于采集所述样本，并且能够缩回到所述第一隔室中以用于将采集的所述样本储存在所述第一隔室中。


24.根据权利要求1至22中的任一项所述的可吞服设备，还包括刷状件，所述刷状件能够延伸出所述第一隔室以用于将所述与健康相关的物质输送到所述目标区域中。


25.根据权利要求23或24所述的可吞服设备，其中，所述刷状件是可旋转的。


26.根据权利要求19所述的可吞服设备，还包括联接至所述外壳或所述壳体的线。


27.根据权利要求26所述的可吞服设备，其中，所述线包括用于指示到所述外壳或所述壳体的距离的标记。


28.根据权利要求1所述的可吞服设备，其中，所述壳体还包括至少一个第二端口以及与所述至少一个第二端口连通的第二隔室，所述第二隔室用于将所述样本接纳在所述第二隔室中；
其中，所述第一隔室构造成用于将所述与健康相关的物质容纳在所述第一隔室中；并且
其中，所述致动组件构造成用于减小所述第一隔室的容积以用于释放所述与健康相关的物质，并且所述致动组件构造成用于密封所述第二隔室。


29.根据权利要求28所述的可吞服设备，其中，所述致动组件构造成用于通过将所述第二隔室与所述至少一个第二端口隔离来密封所述第二隔室。


30.根据权利要求29所述的可吞服设备，其中，所述第二隔室的位置是能够改变的；并且其中，所述致动组件构造成用于通过改变所述第二隔室的所述位置来将所述第二隔室与所述至少一个第二端口隔离。


31.根据权利要求9至20中的任一项所述的可吞服设备，还包括第二致动结构，所述第二致动结构用于沿着与所述第一方向相反的第二方向致动所述活塞。


32.根据权利要求31所述的可吞服设备，还包括用于将所述第二致动结构保持处于偏置构型的保持块，所述保持块能够在所述胃肠内容物中溶解，以允许所述第二致动结构在所述活塞由所述第一致动结构致动之后致动所述活塞。


33.根据权利要求31或32所述的可吞服设备，其中，所述第二致动结构包括一个或更多个偏置弹簧。


34.根据权利要求31至33中的任一项所述的可吞服设备，其中，所述第一隔室构造成用于在初始状态下将所述与健康相关的物质容纳在所述第一隔室中，并且所述第一隔室能够重新构造成用于在所述第一隔室中的所述与健康相关的物质被释放之后将所述样本接纳在所述第一隔室中。


35.根据权利要求1至34中的任一项所述的可吞服设备，其中，所述至少一个第一端口具有以下横截面尺寸：所述横截面尺寸允许接纳在所述第一隔室中的所述与健康相关的物质在所述至少一个第一端口处形成具有将所述与健康相关的物质保持在所述第一隔室中的表面张力的界面。


36.一种用于使用采集结构在胃肠(GI)道的目标区域内采集样本和/或将与健康相关的物质输送至所述目标区域的方法，所述采集结构包括位于所述采集结构中的容积可变的隔室，所述方法包括：
(i)允许所述采集结构在所述GI道中行进；
(ii)当所述采集结构到达所述目标区域时触发第一信号事件；
(iii)改变所述隔室的容积，以用于将所述样本采集到所述隔室中或将所述与健康相关的物质从所述隔室释放；以及
(iv)当所述隔室的容积改变时触发第二信号事件。


37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述当所述采集结构到达所述目标区域时触发第一信号事件包括：
使得无法进行所述GI道的胃肠内容物的检测；以及
当所述采集结构到达所述目标区域时，使得能够进行所述胃肠内容物的检测，并且当检测到所述胃肠内容物时触发所述第一信号事件。


38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述使得无法进行所述GI道的胃肠内容物的检测包括：
使用能够在所述胃肠内容物中溶解的隔离结构将第一检测结构与所述胃肠内容物隔离。


39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述使得无法进行胃肠内容物的检测还包括：
使用所述隔离结构将所述采集结构与所述胃肠内容物隔离。


40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述使用所述隔离结构将所述采集结构与所述胃肠内容物隔离包括：
使用能够在所述GI道的预定区域中溶解的涂层将所述隔离结构与所述胃肠内容物隔离。


41.根据权利要求39所述的方法，其中，所述使得能够进行所述胃肠内容物的检测包括：
允许所述隔离结构在所述胃肠内容物中溶解，以使所述隔离结构在所述目标区域内变形。

【专利技术属性】
技术研发人员：王罡，
申请(专利权)人：灵捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA