数字药丸——传感器的身体之旅

　　植入或吞咽的医疗设备需要能够承受人体环境，同时又不影响身体功能。——那便是数字药丸。

　　什么是数字药丸（放射性药物）？

　　数字药丸 有时称为放射性药物，是可以吞咽并在人体中传播时提供感官读数的医疗设备。Radio Pills于1957年开发，包含正常运行所需的所有硬件，包括传感器，发射器和电池。自从第一个放射性药物以来，技术现在允许具有令人难以置信的高级功能，包括处理器，照相机，灯光和气体传感器，从而使它们能够执行各种医疗监视程序。

　　数字药丸如何工作？

　　如前所述，数字药丸包括将信息从人体内部无线传输到外部接收器所需的所有硬件。较早的数字药丸使用模拟电路，传感器的输出直接影响无线电发射器的振荡器模块。但是，现代系统可以利用小型硅芯片的优势，从而可以使用微控制器，外围设备和传感器。

　　第一个放射性药丸使用的是压力传感器，当时一位医生演示了这一点，他展示了当他对病人的胃施加压力时，从药丸中接收到的数据如何变化。

　　成像胶囊集成了小型数码相机允许监视内部器官并从体内流式传输实时图像需要很高的比特率（高达2.7Mbit / s）。气体感应药丸需要使用允许气体扩散通过的半透膜，这些膜将传感器容纳在药丸内。从那里，传感器的读数被发送到微控制器，该微控制器可以在无线传输数据之前对其进行预处理。使数字药丸成为可能的是电子设备的缩小，以及制造不会破坏内部身体功能的生物惰性外壳的能力。

　　数字药丸需要考虑哪些设计注意事项？

　　设计数字药丸要考虑两个主要因素：内部电子设备和外壳。与植入的医疗设备不同，摄入的数字药丸会受到整个消化系统产生的所有恶劣环境的影响。如果药丸在运输过程中受损，则身体必须将受损的药丸视为良性，并使其无副作用地通过。

　　药丸遇到的第一个恶劣环境是胃，其pH值可低至1（从角度来看，汽车电池的pH值为0.7，但请记住，pH值是对数的）。结果，药丸的外壳需要能够处理酸性溶液。但是，胃的酸度可能会给设计者带来好处。酸可用于激活药丸，因此仅在吞咽后才消耗能量。

　　但是，胃酸不是药丸所面临的唯一障碍；胃酸度不是药丸所面临的唯一障碍。胃也有磨砂作用从而尝试通过机械方式分解食物。因此，至关重要的是，胶囊不仅耐酸而且还具有适度的压碎力。通过胃后，药丸需要在长肠中生存，在那里，它会受到肝脏（即胆汁）产生的碱溶液，肠壁不断的压缩作用以及潜在的挥发性气体（例如甲烷）的影响。

　　此外，就像任何植入的医疗设备一样，药丸的内部组件也需要仔细选择。虽然消化道比免疫系统宽容得多，但药丸的成分一定不能有毒。如果药丸开了，里面的东西必须能够安全通过而不会伤害身体。这就是使用银基电池的原因，因为它们是无毒的。锂离子电池具有出色的能量密度，但消耗时有毒。

　　结语

　　任何进入人体的物品都必须符合严格的安全标准，以最大程度地降低风险，并且横穿人体绝非易事。尽管环境温度可以保持恒定，但是各种有机化合物，流体和机械应力可能会使任何电子系统都难以承受。最重要的是，终端设备在容纳电源的同时必须易于吞咽和通过，并在整个行程中继续传输信息。