(57)【要約】  患者の服薬コンプライアンスを監視するためのシステムが、薬剤輸送装置と該薬剤輸送装置の表面に配置されたアンテナとを備えた電子ピルを含む。患者の胃腸管中のアンテナの存在を検出するために、患者の胃腸管の外部に検出器を配置できる。
2009513183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬剤輸送装置と；
薬剤輸送装置の表面に配置されたアンテナであって、患者の胃腸管の外部に配置し得る検出装置によって患者の胃腸管から検出するための前記アンテナと；
を備える、患者の服薬コンプライアンスを監視するための電子ピル。
【請求項２】
電池と、前記アンテナと信号通信する集積回路とを更に備え、前記集積回路が前記アンテナを介して前記検出装置と通信するための手段を備える請求項１に記載の電子ピル。
【請求項３】
前記集積回路と前記アンテナとが無線周波数（ＲＦ）範囲の信号を発するよう構成される請求項２に記載の電子ピル。
【請求項４】
前記アンテナがピルの表面に付与された同調ＲＦコイルからなり、前記ＲＦコイルが、電子ピルの存在を識別するために所定の周波数にて共振する請求項１に記載の電子ピル。
【請求項５】
前記ＲＦコイルが複数回巻きの低周波数コイルと少なくとも１回巻きの高周波数コイルとの一方からなる請求項４に記載の電子ピル。
【請求項６】
前記ＲＦコイルが前記検出装置の励振コイルと近接場誘導結合を行なう請求項４に記載の電子ピル。
【請求項７】
胃酸の存在を監視するために前記ＲＦコイルと通信するｐＨセンサーを更に備える請求項４に記載の電子ピル。
【請求項８】
胃腸管の成分の存在下に変化し得る特性を有する材料を更に含み、前記特性が胃腸管の成分の不存在下に第１の状態にあるとき第１の信号をアンテナが発し、前記特性が胃腸管の成分の存在下に第２の状態にあるとき前記第１の信号とは異なる第２の信号をアンテナが発するように前記特性がアンテナと相互に作用する請求項１に記載の電子ピル。
【請求項９】
胃腸管の内容物からアンテナを保護するためにアンテナの上に配置された生体適合性の保護材料を更に含む請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１０】
前記アンテナが生体適合性の導電性材料を含む請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１１】
ピル表面に付加されたほぼ平坦な要素を更に備え、前記アンテナが前記平坦な要素に付加される請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１２】
体液の存在下にバイオスイッチとして機能する物質でコーティングされた導電性センサーと、前記センサー及び前記アンテナと信号通信する送信器とを更に備え、前記センサーからの所定の信号により前記送信器が前記アンテナに対して前記検出装置に信号を放出するよう伝える請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１３】
薬剤輸送装置、及び
前記薬剤輸送装置の表面に配置されたアンテナ、
を備えた電子ピルと；
患者の胃腸管内の前記アンテナの存在を検出するための、患者の胃腸管の外部に配置できる検出器と；
を備える服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１４】
電池と、前記アンテナと信号通信する集積回路とを更に備え、前記集積回路が前記アンテナを介して前記検出装置と通信するための手段を備え、前記検出器が無線読取り器を備える請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１５】
前記集積回路と前記アンテナとが無線周波数（ＲＦ）範囲の信号を発するよう構成され、前記検出器が前記ＲＦ範囲において受信する請求項１４に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１６】
前記アンテナがピル表面に付与された同調ＲＦコイルからなり、前記ＲＦコイルが電子ピルの存在を識別するために所定の周波数にて共振し、前記検出器が広帯域読取り器コイルを備える請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１７】
前記検出装置が励振コイルを有し、前記ＲＦコイルが前記励振コイルと近接場誘導結合を行なう請求項１６に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１８】
体液の存在下にバイオスイッチとして機能する物質でコーティングされた導電性センサーと、前記センサー及び前記アンテナと信号通信する送信器とを更に備え、前記センサーからの所定の信号により前記送信器が前記アンテナに対して前記検出器に信号を発するように伝える請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１９】
電子ピルが食道を通過するのを検出するために患者の首の付近に前記検出器を配置できる請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項２０】
薬剤輸送装置と前記薬剤輸送装置の表面に配置されたアンテナとを備えた電子ピルを飲むよう患者に要求する段階と；
患者の胃腸管の外部の位置から患者の胃腸管中の前記アンテナの存在を検出する段階と；
からなる服薬コンプライアンスを検出する方法。
【請求項２１】
前記検出する段階の結果を監視機関に送信する段階を更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記アンテナがＲＦコイルからなり、前記検出する段階が前記ＲＦコイルからＲＦ信号を受信することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記検出する段階が、患者の胃及び食道それぞれにおいて電子ピルの位置を検出するために患者の胴及び首の一方の付近に検出器を配置することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記検出する段階が、前記検出する段階の時間を記憶することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記検出する段階が、第１の信号を前記アンテナに送り、それに対して前記第１の信号とは異なる第２の信号を前記アンテナから受信することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
患者の胃腸管の外部に配置できる検出装置によって患者の胃腸管から検出できるアンテナを、薬剤輸送装置の表面に付加する段階と；
前記輸送装置に薬剤を詰める段階と；
を含む患者の服薬コンプライアンスを監視するための電子ピルを作る方法。
【請求項２７】
電子ピルが電池と、前記アンテナと信号通信する集積回路とを更に備え、前記集積回路が前記アンテナを介して前記検出装置と通信するための手段を備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記集積回路と前記アンテナとが無線周波数（ＲＦ）範囲の信号を発するよう構成される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
電子ピルが胃酸の存在を監視するために前記アンテナと通信するｐＨセンサーを更に備える請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
胃腸管の成分の存在下で変化し得る特性を有する材料を、前記アンテナと物理的に通信する前記輸送装置の表面の少なくとも一部に付与する段階を更に含み、前記アンテナは、前記材料が胃腸管の成分と接触していないときには第１の信号を発し、胃腸管の成分と接触しているときには前記第１の信号とは異なる第２の信号を発するよう構成されている請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記アンテナを胃腸管の内容物から保護するために前記アンテナの上に生体適合性の保護材料を付与する段階を更に含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記アンテナをほぼ平坦な要素に取り付ける段階を更に含み、前記付加する段階が、前記平坦な要素を前記輸送装置の表面に付加することを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
体液の存在下にバイオスイッチとして機能する物質で導電性センサーをコーティングする段階を更に含み、電子ピルが前記センサー及び前記アンテナと信号通信する送信器を更に備え、前記検出する段階が、前記アンテナから所定の信号を検出することを含み、該アンテナの信号は、前記センサーの起動により生じた送信器の信号によって引き出されたものである請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記アンテナを付加する段階の後にオーバーレイヤーで電子ピルを包む段階を更に含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記付加する段階が、前記アンテナを前記輸送装置の表面に印刷又はデポジットすることからなる請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記アンテナがカーボンブラック、銀インク、鉄、電導性ポリマー、及び食用インクのうちの１つを含む請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は服薬コンプライアンスを監視するためのシステム及び方法に関するものであり、特に電子装置を利用するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医者により指示される薬剤の処方計画に患者が従わなければ、患者の病状悪化、医療費の増加、及び伝染病の蔓延の可能性の増大を含めて様々な問題を生じることが知られている。コンプライアンスの監視は、例えば、薬の臨床試験、老人医学、及びメンタルヘルス／中毒医学において重要である。
【０００３】
コンプライアンスを強化する伝統的な方法は順守の指導であるが、明らかにこれは管理が難しく、大規模にやるには現実的でない。他の技術としては、血液採取、尿の採取、生物マーカーの検出、自己報告、ピルの計数、電子モニタリング、及び処方記録の検査が挙げられる。これらの技術は侵襲的であるか又は不正に変更される傾向にある。
【０００４】
したがって、服薬コンプライアンスを非侵襲的に監視するための装置、システム、及び方法を提供すれば有益である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インビボ生体遠隔測定及び監視法は、取り込まれた酸素の監視、グルコース濃度の検出、胎児の監視、及びホルモン測定のために用いられることが知られている。生体遠隔測定法を行なうために、外部センサーを既存の市販システムに含めることにより無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術を適合させることができる。しかし、ＲＦＩＤは生体内で動作するように設計されてはおらず、埋め込まれたセンサー又は内部のセンサーからの電磁信号の伝送が生体組織内での減衰によって妨げられ得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
本発明は、電子ピルと患者の胃腸系内で該ピルの存在を検出するための装置とを含む服薬コンプライアンス監視システムに関する。ピル自体は「能動的」又は「受動的」な形式にすることができ、前者の場合にはピルにより信号が送信され、後者の場合には検出可能な部品を有する。
【０００７】
ここでは、（１）受信器に送信する能動的な電池式送信器を有する電子ピル；（２）アンテナを介して電力が供給される能動送信器を備える電子ピル；（３）ＲＦ検出可能な導電性組成物で被覆されたピル；及び（４）磁性材料が埋め込まれているか又は取り付けられており、磁気計又はその他の磁気検出手段を用いて検出できるピルを含めて、４つの代表的な実施態様が開示されるが、これらに限定されるものではない。
【０００８】
胃腸系中のピルを検出することに加えて、首付近でセンサーを用いて食道を通過するピルを検出することもできる。このセンサーは、本明細書中に記載されたピルの実施態様のすべてについて、ピルが胃に向かって食道を通過する際に検出できる。食道は胃よりも小さい領域であり、周囲の組織が胃腸系よりも少ないので、ピルの観測される信号強度が強くなるという点で、このアプローチは多くの潜在的な利点を有する。また、消化機構への依存度がより少ないので、ピル自体への設計上の制限が少ない。首センサーは胃腸センサーと全く同じ様に動作できるが、場合によっては有利な他のプロトコルも可能にする。複数のピルを検出しなければならない場合、患者が一度に１つのピルを飲むというプロトコルを用いることができる。このアプローチでは、いつでもただ１つのピルが食道を占有するので、１回分の投薬量を確認し記録するセンサーの能力が向上する。このようなアプローチは胃腸センサーを用いては不可能かもしなれい。
【０００９】
本発明は現在知られている方法に対していくつかの利点を有すると考えられる。例えば、モニターは処方された薬剤が消化器系内に実際に存在したことを記録するが、直接的に観測されない治療においてでさえ、患者がピルを飲み込んだことを最終的に判断できる。このシステムは、完全な服薬コンプライアンス監視システムを作るために薬剤ディスペンサー、タイマー、リマインダー、外部通信、及びデータベースシステムを含むことができる。このシステムは、患者が服薬指示を順守したかどうかについて事実に基づいた証拠を提供し、その知識は、例えば非順守の被験者データをシステマティックに除去することを含めて、臨床試験の結果を評価する上で重要である。被験者に報酬を支払って臨床研究に参加させる試験では、コンプライアンスを強めることができ、非順守者には報酬を支払わない（コスト削減及びコンプライアンスの動機付けのため）。また、本システムは遠隔での患者の監視を可能にし、中央のデータベースと直接通信する無線装置にモニターを統合できるので、必要とされる患者の監視／患者との相互作用を最小限に抑えることによってコストが削減できる。最後に、このシステムは非侵襲性であり、体液の収集を必要としない。
【００１０】
構成及び動作方法について本発明を特徴付ける事項、並びに本発明の目的及び利点は、添付図面と共に以下の記載から更によく理解できる。図面は説明のために提示されており、本発明の限定を意図するものでないことを明確に理解すべきである。本発明により達成されるこれらの目的及びその他の目的、並びに本発明により与えられる利点は、添付図面と共に以下の記載を読めば十分に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１〜８を参照して本発明の好ましい実施態様を説明する。
【００１２】
患者の服薬コンプライアンスを監視するためのシステム１０が電子センサーを備え、この電子センサーは、好ましくは、ＲＦトランシーバ１２とアンテナ１３とを含むハンドヘルド型モニター１１からなる。モニター１１は患者１６の胃腸管１５内の電子ピル１４の存在を検出するよう構成される。
【００１３】
電子ピル１４はカプセル１７（図２Ａ）などの薬剤輸送装置を備えることができ、能動又は受動デバイスとし得る電子部品を薬剤輸送装置に結合させておく。よって、電子部品が患者１６の胴１９の付近に位置するときに電子部品からセンサー１１により受信される信号１８は、服薬コンプライアンスを示す。「薬剤輸送装置」なる用語は限定を意図するものでなく、当該技術において公知の薬剤を届けるための他の組成物又は装置も包含されるべきものである。
【００１４】
実施態様の一つでは、電子ピル１４は固有の識別タグでコード化される。この固有のサインを検出すると、センサー１１は良好なコンプライアンスのタイムスタンプ付き読取りを記憶できる。固有のサインが検出されなければ、不首尾のコンプライアンスが、例えば患者１６及び／又は医療提供者や他の機関などの第二者２０に知らされ得る。
【００１５】
ここでは４つの代表的な実施態様を説明するが、これらに限定されるものではない。第１のものは、高度に集積化された超低電力のシリコンデバイスを使用する内部電源付き（電池式）能動送信器を備える。第２のものは、受動的に電力供給される（例えば、ＲＦＩＤ、電池なし）トランシーバ装置を備え、このトランシーバ装置は、外部の「読取り装置」との磁気結合によって電力が供給される。第３のものは、ピル又はカプセルの外面にエッチング又は「プリント」された生体適合性の導電性同調アンテナを含んだ、完全に受動的なピルコーティングを備える。第４のものは、磁性材料又は外部磁場の使用により磁化できる材料でコーティングされたピルか、ピル内にそのような材料を埋め込んでおくか、又はそのような材料をピルに取り付けておいたものである。
【００１６】
〔能動電子ピル〕
電子ピルは、経口摂取できる生体適合性の薬剤輸送装置を備え、この薬剤輸送装置には外部の無線読取り装置を用いる電子回路が埋め込まれている（図３Ａ-４）。このスマート電子ピルは受動的又は能動的（すなわち電池支援式）なものにすることができ、例えば、シリコンベースの集積回路及び／又はコイルアンテナ及びコンデンサーなどの他の受動部品を使用できる。シリコンチップは、様々な半導体処理段階によりパターン化された数百万のトランジスタを組み込み、大量の情報を提供することができる。例えば、スマート電子ピルは、薬についての詳細な情報に加えて患者の病歴を記憶すること、固有の識別番号を与えること、及び外部の無線読取り装置に確実にデータを送信するために先進の通信回路及びプロトコルを実装することができる。
【００１７】
電池支援式の電子ピル１４’に埋め込まれた部品は、短距離（すなわち、２０〜３０ｃｍの範囲）で無線の送受信ができ、直径が約９ｍｍであり、重量が１グラム未満である。図２Ａに示されるように、電子部品（すなわち、コイルアンテナ２１、電池２２、及びシリコンチップ２３）は、いったん密閉されパッケージ化されると、００サイズのカプセル１７中にはめ込まれるよう十分に小さい。このレベルの小型化は、標準的なＣＭＯＳ技術に関連した集積化及び回路スケーリングによって実現可能である。
【００１８】
能動電子ピルは、商業的に証明済みの２つの技術、すなわち、検出及び画像化用のＲＦ識別システム及びピル送信器に基づいている、カスタマイズされたマイクロシステムである。
【００１９】
〔受動電子ピル〕
受動ＲＦピルは同調ＲＦコイル（直列共振又はタンク回路）を用いて動作し、この同調ＲＦコイルが、単一層の導電性材料又は絶縁性の誘電体層を挟んだ複数の層の導電性材料としてピルに付与される。このコイルは、ピルを識別する特定の周波数で共振するよう設計される。患者の外側にある更に大きな広帯域読取り器コイルが単一トーンを放射し、その周波数を、可能なタンク回路周波数のすべてを含んだ規定範囲について掃引する。ピルのタンク回路の共振周波数では、外部の読取り器コイルのインピーダンスがわずかに変わることで、ＲＦピルが範囲内にあることを示す。ＲＦピルは、胃酸の存在下でその共振周波数が変わるように設計することができる。例えば、わずかにアルカリ性の層を共振コイルの上面に付加することができ、これが患者の胃に到達して数秒以内に溶解することで、コンプライアンスを検証する。コイルはピルの外形上に確実にはまるように、コイル半径が３ｍｍ（ワイヤ幅０．５ｍｍ）のプロトタイプのコイルを使用できる。
【００２０】
受動ＲＦピルが適切に動作するように、タンク回路の共振は１０〜２０ｃｍの距離にて検出可能にすべきである。外部の読取り器コイルの直径が該コイルと受動ＲＦピルとの距離とほぼ同じになり、ＲＦピルが読取り器コイルの近接場放射パターン内に存在することになるので、適切な動作周波数を選ぶことは面倒である。よって、これら２つのコイル間のカップリング量は、動作周波数に加えて、両コイルの正確な幾何学的配置に依存する。２つのコイル間のカップリング（相互インダクタンス）は、各コイルの面積に比例し、距離の３乗に反比例する。
【００２１】
完全に平らなコイルは高度に指向性のアンテナ放射パターンを有する。これら２つのコイルの特定の方向配置においては、相互インダクタンスが極端に小さくなる。換言すれば、平らなコイルでは、読取り器コイルに相対的に近接しているときでさえ、ほとんど信号を与えないようにピルのアンテナを方向配置できる。幸い、ピル状の外形にコイルが付与される場合には、コイルは必然的により全方向性の放射パターンを有する曲線形状を有するようになる。コイルサイズは、コイルがピル外形の約半分を覆うように、選択できる。
【００２２】
信号強度とコイルの複雑さとのトレードオフを決めるために、複数巻きコイル４０（７５ＭＨｚ；図２Ｂ）及び単一巻きコイル４１（２ＧＨｚ；図２Ｃ）に対応する２つの周波数範囲を分析する。より高い周波数は人体内でより大きな減衰を受ける。しかし、現在のところ、この用途ではピルのコイルの巻き数を最小にするためにより高い動作周波数を用いるのが有利であると考えられている。単一巻きピルコイル４１は複数巻きコイル４０よりも製造しやすいと考えられる。
【００２３】
〔低周波数〕
集中型二要素モデルを用いると、７５ＭＨｚ共振を達成するには４巻き必要であると推定される。キャパシタンスは巻き線間に分布しているので、ピルコイルの実際の共振周波数は、集中型二要素モデルを用いて予想されるものよりもわずかに異なる。導電率が１０７Ｓ／ｍの材料が使用されると、Ｑは約１５０になり、これは各ピルのバンド幅が５００ｋＨｚであることに対応する。より多くの周波数（及びより多くのピル種類）をシステムの全バンド幅（４つのコイルと電子回路のバンド幅）に適合させることができるので、より高いＱの回路が有利である。例えば、２０ＭＨｚのシステムのバンド幅がある場合には、約４０の異なるピルの種類が使用できる。よって、可能な最大の導電率を有する導電性フィルムを用いることが重要であると思われる。低周波数コイルでは、導電率が１０７Ｓ／ｍより大きい生体適合性のコーティングを見つけるのは難しいかもしれない。よって、低周波数システムは、多くても４０のピル種類に限定されるかもしれない。
【００２４】
〔高周波数〕
高周波数のピルコーティングは、ギャップが誘電体で満たされた単一巻きコイルから構成できる。おそらく、数ｐＦのキャパシタンス範囲にあるキャパシタンスが、ギャップド・コイルを用いて生成できる（特定のキャパシタンスはコイルの自己キャパシタンスによって生成される）。キャパシタンスの正確な量は、いかに小さくギャップを製造できるかや、ギャップ中の生体適合性コーティングの比誘電率の値に依存する。単一巻きコイルで以前の大きさでは、コイルの共振周波数は約２ＧＨｚとなる。より高い周波数のＥＭエネルギーは介在する組織によって更に多く吸収されるが、この損失はピルのコーティングアンテナの向上した効率により相殺される（コイル直径がＥＭ波長に近づくので、ピルアンテナの利得が大きくなる）。２ＧＨｚ近くの周波数を利用し組織を通して有効に通信できる内視鏡検査用の能動ピルが存在していることは公知である。単一巻きの高周波数コイルを用いると、（同じ導電率の生体適合性コーティングを用いた）低周波数コイルの場合よりも十分に高いＱファクターが達成できる。単一巻きコイルのＱは、〜２ＭＨｚ以下の周波数窓と等価な〜１０００の大きさであると推定できる。システムの全バンド幅を２００ＭＨｚとすると、数百の異なる周波数及び対応するピル種類が得られる。
【００２５】
〔半能動ピル（ＲＦＩＤ）〕
ＲＦＩＤ技術と同様に、半能動ピルには、それらのコイル／アンテナで受信したＲＦエネルギーを用いて電力供給ができる。この電力は、一時的に貯蔵しておくと共に、ピルを作動させるＲＦ信号を送信した受信器にパルス又は信号を送信するのに使用できる。
【００２６】
通常、ＲＦＩＤ技術はその周波数によって複数のカテゴリーに分類される。米国では、主要なＲＦＩＤ周波数バンドは、ＬＦ（１２５ｋＨｚ）、ＨＦ（１３．５６ＭＨｚ）、及びＵＨＦ（８００〜９００ＭＨｚ）である。ＲＦＩＤ技術を規定する幾つかの規格が存在し、最新のものはＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００-３である。また、自身の規格セットでタグと読取り器との間での通信を規定する幾つかのプロトコルが存在し、例えばエレクトリック・プロダクト・コード（ＥＰＣ）、クラス０及びクラス１がある。
【００２７】
現在のところ、内部に電池を有するか否かに依存して、ＲＦＩＤ技術には２つの主要な種類、すなわち受動と能動がある。受動ＲＦＩＤ（半能動送信という）は、励振コイル（読取り器）とタグコイルとの間の近接場誘導結合を用いて動作する。よって、受動ＲＦＩＤでは、通常は読取り器とタグの両方がループアンテナである。作動させるためには、通常、タグは読取り器コイルのアンテナの近接場内に存在しなければならない（受動ＲＦＩＤは読取り器とタグコイルとの間の相互インダクタンスに基づいている）。よって、読取り器アンテナでの信号は距離の３乗で低下し、従って範囲は約６フィートに限定される（ＵＨＦではわずかに異なる後方散乱技術を用いて３０フィートの範囲で動作する）。タグがアンテナの共振周波数にてＥＭ信号を受信すると、それ自身の電子回路に電力を供給すると共に変調信号を聞くためにＥＭ信号のエネルギーを用いる。タグが適切な問合せコードを受信すると、タグは要求された情報を用いて応答する。すべての公知の種類の受動ＲＦＩＤでは、タグはそのアンテナのインピーダンスをバイナリパターンに変調することによって応答する。読取り器は変化する場を検出し、信号を復調してタグデータを取り出す。対照的に、能動ＲＦＩＤシステムは、どのくらいの頻度で問合せを受けるかに依存して一般には１０年以上の寿命がある電池を備えた基本的の小型のトランスポンダである。自身の電源をもっているので、能動システムの範囲は数百フィートとし得る。
【００２８】
ＲＦＩＤ技術を用いる利点は、各種類がランダムに分布している場合でさえ、個々のピルの正確な検出を保証するため、文字通り無数の異なるピルの種類をコード化できることである（例えば、同時に飲み込まれた複数のピルの存在が検出できる）。現在のところ、電池は安全性に対してリスクを与え得るので、受動ＲＦＩＤが人体研究にとって更に魅力のあるものと考えられている。しかし残念ながら、受動ＲＦＩＤには範囲限界があり、この限界はタグが飲み込まれると更に悪化し得る。別の実施態様では、外部センサーを含むようにタグを変更でき、この場合にはタグが別のセンサーを提供する既存の能力を有するか、又はタグの内部メモリにアクセスする能力を有するならば有益である。例えば、タグはコンプライアンスを検証するためにｐＨモニター４２（図２Ｃ）を有することができる。加えて、信号強度の読出しを行なうこともできるＲＦＩＤシステムを用いるのが有利である。
【００２９】
〔トランスポンダのアンテナの大きさと効率〕
典型的なループアンテナの放射効率はループの面積が増えれば増し、また励振信号の波長に逆比例する。ループ面積は限られているので、アンテナ効率を高めるためにはより高い周波数で動作するのが望ましい。ＲＦＩＤタグなどの典型的なＲＦ用途では、より高い周波数で動作すると、小型アンテナの開口効率が改善されて受信パワーを最大にできる。しかし、生体系においては、動作周波数は組織中での経路損失の増大とアンテナ効率とのトレードオフである。トランスポンダに対する空間的な制約が与えられると、最適な周波数及びアンテナのサイズ／形状を決めることができる。
【００３０】
〔信号の減衰について体内組織の効果〕
体液と体内組織に対するＲＦ信号の減衰の挙動は複雑であり、モデル化するのは難しい。体内組織と体液に関連した損失タンジェントがより大きいのでＲＦ信号の侵入深さは減少すると予想されるが、遠方場における平面波とは対照的に近接場における磁場の減衰は、コイルの分離距離とコイルの不均衡によって左右されると予想される。
【００３１】
ＲＦ放射は非電離性であるので、組織を損傷する唯一の可能性のある機構は加熱によるものであると考えられる。この技術の相対的な安全性を判断するため、制御された環境下で本プロトタイプの放射レベルを、安全照射についてのＩＥＥＥ規格と比較することができる。誘導技術が使用されるので、磁場照射の制限は最も制限的である。
【００３２】
〔共振ピーク検出〕
時間変動する振動部品によって外部から誘導された磁場がピル中の共振タンクに影響を与えることで（すなわち、トランスポンダコイルアンテナとピル内にある平行なコンデンサーとにより形成される磁場により）、タンク中を流れる電流が増す。共振周波数でのピーク電流は、読取り器コイルのインピーダンスについて小さいけれども検出可能な変化を誘導できる。インピーダンスのこの変化は、反射率インピーダンスとして知られており、情報を読取り器コイルに送り返すのにＲＦ識別タグによって一般に使用される。コイルはゆるく結合されているだけなので、ピルの存在を検出するのにこの効果を使用できる範囲を共振ピーク検出実験で決定できる。
【００３３】
〔生体適合性コーティング〕
小型アンテナは、銀、カーボンブラック、又は他の生体適合性コーティングから作ることができる。銀は実質的に生物学的に不活性であり、少量が摂取された場合、人間には無害であり、組織に吸収されることなく体を通り抜ける。また、純銀の導電率は６．１×１０７Ｓ／ｍであり、優れた導体となる。しかし、環境保護局（ＥＰＡ）は銀の濃度が飲料水で１ｍｇ／Ｌを超えないことを推奨しているので、印刷されるアンテナ跡に用いることができる銀の全重量パーセントは制限される。したがって、カプセルアンテナの性能は、物理的なサイズの制約だけでなく使用できる全部の導電性材料の濃度にも依存する。
【００３４】
別の実施態様では、ポリグリコール酸などの一時的な保護層の下に鉄などの溶解可能な金属を混ぜるか、又は非吸収性ゆえに無害な粒子（例えば、銀又はカーボン）を混ぜることによってピル上の導電性層を作ることができる。マトリックスが分解することで、吸収されることなく消化管を通過する粒子を放出する。これらの粒子は、導電性「接触」のため浸出限界を超えて存在し（１０００Å内）、ポリ乳酸／グリコール酸又はデンプンなどの分解性のマトリックス中に存在する。導電率の程度は、密接な接触の程度及び接触点の数（体積分率）によって調整できる。球形ではない粒子をより低レベルにて加えて良好な伝導性を得ることができる。よって、黒鉛炭素プレートはより低レベルにて浸出限界に達することができ、また銀を平らな粒子としても使用できる。
【００３５】
〔カプセル印刷〕
ツーピース型カプセルに薬剤グレードの食用インクで規定通りに印刷し、製品を一意的に識別し、会社のロゴ、ブランド名、及び用量の情報などの追加情報を提供する。これらの食用インクは導電性で生体適合性の銀インクで置き換え、小さいＲＦコイルをカプセル上に直接パターン化することもできる。限定するものではないが、カーボンブラック、鉄及び電導性ポリマーなど、当該技術において公知の他の組成物も考えることができる。
【００３６】
〔巻き付けられたカプセル〕
別の実施態様４３（図２Ｄ）では、平らなシート状材料などの生分解性／消化性とし得る柔軟な基板４５上にアンテナ４４を印刷できる。この基板４５をカプセル４６の周りに巻き付けて取り付けることができる。材料４５がカプセル４６の周りに巻き付けられるときシート４５の一方の端からもう一方の端に接続されて連続的なループアンテナが作られるように、アンテナ４４を印刷できる。材料４５の両面の印刷は、貫通孔を有する回路基板の製造と類似の技術を用いることによってこのプロセスを簡単にし得る。加えて、小型チップ又は他の電子回路４７を材料４５に取り付けることもできる。その例は通信用集積回路又はＲＦＩＤ集積回路である。
【００３７】
〔カプセルコーティング〕
電池支援式ＲＦ識別技術５１が埋み込まれたカプセル５０（図２Ｅ）では、患者がピル５０を摂取した後でのみタグシステムを作動させるのが望ましい。いったん摂取されると、ピル５０は胃酸にさらされてカプセル５０の表面上のコーティング５２が侵食される。
【００３８】
〔超低電力回路〕
装置読取り距離を最大にすると共に電池支援式ピルにおける電池の動作寿命を確実に延ばすためには、ワット損が最も重要である。適切な装置動作のために内部電圧を発生するのに最小の入力電力レベルが必要とされるので、ワット損の制約は受動電子回路（すなわち、電池なし）において更に厳しくなる。先進の低電圧・低電力の回路設計トポロジーと適切なプロセス技術が、放射磁場からの小さい入力電力レベルで動作を実現するのに必要とされるかもしれない。
【００３９】
〔電池及びパッケージングの要件〕
電池支援式の電子ピルの電源は、生体適合性であり、適当な形状因子を有してサイズが小さく、最大放電電流特性が良好で少ない自己放電で高出力を提供でき、暦寿命が長くなければならない。エネルギー容量が３ｍＡｈの範囲にあり物理的な大きさが直径６ｍｍで厚さ２ｍｍの市販の小型ディスク電池が候補として挙げられる。パッケージングの側面で、電池支援式電子ピルの３つの部品、すなわち電池、コイル、及びチップが相互に接続されて、カプセル内部に適合し得る生体適合性パッケージ中に入れられるのが好ましい。よって電子ピルのパッケージングは、最大４つのワイヤ配線（２つの電池接点と２つのコイルアンテナ接続）で非常に簡単になる可能性がある。
【００４０】
システムはまた、ｐＨ、温度、又は他のセンサーを含むようにし、センサー値とタグ応答ＩＤとを含むように変更することもできる。タグは、消化プロセスに耐えることができるように無害な材料に埋め込むことができる。ＲＦＩＤタグは、人体模型モデルを用いるか、又は人間の組織と同じ平均導電率を有する水の環境下で検査できる。
【００４１】
パッケージングはＲＦ通信を妨害せず、人体研究において十分な安全性を与えることが好ましい。このパッケージングは、ピル形状の外形に適合する全方向性のＲＦＩＤアンテナを含むことができる。使用方法は、センサーの安全性を保証しつつも水環境にアクセスすることを可能にする。
【００４２】
受動ＲＦＩＤシステムは数十年間使用されてきたので、これらの装置の安全性は既に十分確立している。範囲を最大にし動作を首尾一貫させるため、通常、ＲＦＩＤ読取り器は、信号強度が安全性限界（一般に数Ａ／ｍのオーダーの磁場）より下にありながら可能な最大レベルとなるように設計される。しかし、能動ＲＦＩＤシステムはタグ上に内部電源を有し、好ましくは生体内で使用できるように変更し得る。
【００４３】
上記説明した技術はＲＦ及びＲＦＩＤ技術に焦点を当てているが、その他多くの技術も使用可能である。外部センサーを介して検出される受動装置は、Ｘ線装置、超広帯域幅（ＵＷＢ）画像化装置、超音波装置、又はＭＲＩ装置などの多くの標準的な画像化技術を含むことができる。その各々は、エネルギーを体内に送り、ピル（又はピル内容物又はコーティング）の存在により生じる磁場の反射又は歪みを検出する送信器を有することができる。検出のために磁性物質を用いるピルの例を以下に述べる。
【００４４】
〔磁場ピル〕
同調受信器により検出できる電磁場と同様に、磁気計又は他の手段によって磁場を検出できる。磁場検出の利点は、（鉄と少数の他の材料を除いて）貫通して流れる材料に対して相対的に鈍感なことである。磁気検出の弱点の一つは、磁場強度が距離の３乗で減衰することであり、よって、検出器までの距離が２倍になるごとに、磁場はファクター８で低下する。
【００４５】
検出可能な磁場をピルに与えるために、多くの方法を使用できる。固形片の永久磁石をピル又はカプセルに単に挿入することもできる。ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、ＳｍＣｏ、アルニコ及びセラミックを含めて、無数の異なる磁性材料が存在する。各材料は異なる特性を有する。ネオジムは現在入手できる最強の永久磁石であり、地球の磁場より４桁大きい大きさの磁場強度を有する。各辺が０．１インチの立方体のネオジムは、６インチの場所でなお９ミリガウスの磁場強度を有するので、簡単で安価な磁気抵抗型磁気計で容易に検出できる。これらの永久磁石は、消化管内で分解する安全な物質、又は金属挿入物で磁場を短絡させることにより機能停止できる安全な物質から作ることができる。加えて、磁性材料は、消化及び人体への損傷を防ぐ材料中に封入できる。
【００４６】
また、小さな磁性粒子をピルの中又は上に埋め込むこともできる。これらの粒子はピルの基材全体にわたって分布させるか、又はピルの外側を（例えば、磁性塗料で）コーティングすることができる。磁性粒子は適切に動作するよう製造中に磁場にさらす必要があるかもしれない。同様に、固体状で柔軟性のある磁性材料（冷蔵庫の柔軟な磁石に類似したもの）で、製造中又は摂取前にピルを包むこともできる。また、ピルを包むことのできる柔軟な材料のスリーブを磁性粒子で製造することもできる。
【００４７】
上記説明と同様に、強磁性材料を使用し、これを摂取前に種々の機構によって（一般には大きな磁場にさらすことにより）「励磁」することもできる。このような技術の更なる利点は、材料が最終的に減磁することで、後に順次摂取されたピルを容易に検出できることである。強磁性材料の例としては酸化鉄、磁鉄鉱、及び磁赤鉄鉱があり、これらは食物や薬の着色顔料として広く使用されている。強磁性材料を使用するとピルの磁場強度がかなり減じ得るので、検出装置の感度を高める必要がある（また環境の磁気ノイズに更に影響されやすいかもしれない）。
【００４８】
電力を用いて電磁石を駆動又はパルス駆動することができ、上記説明したのと同様の電源を必要とする。この技術の主要な利点は、取り込んだピルやそのピルの位置を一意的に同定できる情報、又はその他の情報を運ぶためにパルス駆動又は使用され得ることである。この技術の主な欠点は、小さな電源で得られる低電力を用いて実現し得る磁場強度が小さいことである。
【００４９】
磁場は人体によって大きく影響されないので、体内にあるか否かの識別ができず、誤謬のない検出のためには更なる複雑さを必要とし得る。だまされないために多くの技術が使用できる。１つの技術は、食道を通過して胃に入るのを検出することを含み得る。通常この通過には約５秒かかる。食道を通って移動中に、ピルは実質的に垂直な方向にあり（磁場の方向がピルの方向を示す）、方向を変える前に検出器を過ぎて一定距離移動すべきである。いったんピルが胃に到達したなら、胃の中で激しく動きつつ捩れたり回ったり自由にできる。この独特のパターンは、検出することができ、しかも模倣が難しい。胃酸に溶ける磁性粉を用いると、胃に到達した後に迅速に磁場が減衰し、これを検出できる。電磁的なアプローチでは、ｐＨや、ピルが体内に存在した時を検出するのに用いられる他の特性を知らせることができる。電磁的なアプローチはまた、ピルの一部が胃液に溶解することにより起動するか、又は胃液とピルの一部との混合物によって起動することができる。ピルが人体の異なる領域に入るときの磁場の小さな変化を検出することもできる。その他の技術もまた使用でき、上記説明した技術に限定されるものではない。
【００５０】
異なる磁場強度又は磁場方向を用いることで、異なるピル又はピル型を識別することができる。複数の磁石を異なる方向にて用いることで、１つの信号を他の信号又はコモンノイズ若しくは干渉からより良く弁別する磁場パターンを作ることができる。永久磁石の磁場は、極間に金属又は強磁性インサート又はシャントを設けることにより減衰又は変更できる。磁場の変更は、だまし防止のため、人体を安全に通過させるべく磁石を弱めるため、通常のピルの取り扱いを簡単にすべく摂取前に磁石を弱めるため（ピルが磁気的に引きつけられないよう）に、又は通信方法（固有の信号変調）としてさえ、行なうことができる。
【００５１】
一例では、インサート又はシャントを、消化管中で溶ける物質によって極から分離できる。この物質が溶けるにつれ、シャントが極にさらに近づき（磁気的に引きつけられ）、磁場が減衰される。このシャント形成は当該物質が体内で溶けた場合にのみ生じ（だまし防止）、より安全な低磁場での人体通過を可能にする。
【００５２】
内部で能動的な装置は、ＲＦ及び超音波送信器だけでなく、ピル／カプセルの特定部分と胃の内容物（例えば胃酸）との反応（例えば化学反応）により生成される音波形も含むことができる。この波形は、放出前にガスが通過するミクロ機械加工の「笛」で作ることができる。
【００５３】
また、装置に電力を供給するための技術も多く存在する。上述したように電池と磁気結合の他に、これらの装置の作動状態は短い期間しか存在しないので（１分未満）、単純なコンデンサーを使用できる。コンデンサーをピルの電子回路に組み込み、患者が飲み込む前に磁場又は他の機構を介してハンドヘルド型装置により該コンデンサーを充電できる。コンデンサーは、特別にコーティングされたスイッチが胃酸で溶けるといったようなトリガー機構により起動されるまで、その充電状態を保持できる。
【００５４】
装置に電力を供給する他の２つの方法は、消化管の特性に依存する。第一に、胃の内容物の化学エネルギーを電気エネルギーに変換できる。例えば、胃酸と亜鉛電極との化学反応により亜鉛が酸化され、戻り路用の銅電極を用いて送り返すことのできる電流が発生される。別の選択肢は、機械的な運動（例えば、蠕動及び消化管において一般的なその他の運動）を電気エネルギーに変換することである。例えば、腕時計では、手首の運動で振動重りを回転させ歯車でこの運動をロータに伝え、コイルに電圧を発生させることによって電力を供給できる。
【００５５】
胃に達した後でのみ応答するように（だまし又は不正確さを避けるために）システムを「トリガー」するための技術もまた多数存在する。このトリガーは、スイッチを開く（又は閉じる）材料を溶かすことによって起動することもできる。このトリガーは、胃又は胃腸（ＧＩ）管の内容物についての電気的、化学的、又は機械的な検出（例えば、ｐＨセンサー、温度センサーなど）を用いることもできる。だましが問題ではない場合、トリガーは摂取の直前に起動されるか、又は受信器自身によって起動し得る。
【００５６】
これらのシステムの大部分は、複数の種類又は銘柄の薬について複数のＩＤをサポートする。ＩＤはパルス信号（パルス持続時間、パルス間隔、パルス周波数などの情報）を介して、又はデジタルコード化により伝送できる。これらはまた、安価に製造できる。電子的且つ／又は非生分解性の装置を、生体適合性シリコーンゴム中に封入するか、又は消化管中で分解しないが所望の信号を送信できる無害の他の物質中に封入することができる。
【００５７】
最後に、信号対雑音比を高めるために、内部で能動的な装置が所定の信号で外部センサーを介する要求に応答するという送信／受信シナリオを有することができる。この信号は、複数の送信／受信シナリオにわたって同期的に平均化されてより良い信号対雑音比を生成する。
【００５８】
安全性について重要なのは、摂取されたいかなる電子回路も消化の過程において封入されたままであることである。たとえピルが部分的に分解したとしても、ピルの砕けた部分が患者に害を及ぼさないように、電子回路を不活性材料中に埋め込むこともできる。
【００５９】
胃腸系内でのピルの検出の別の実施態様では（図１）、首３３の周りに取り付けられるセンサー３２を用いてピル３０が食道３１を通過するときに検出することも可能である。このセンサー３２は、首３３の周りの完全な円型、馬蹄形の部分包囲型、又は首３３に対して保持される単純な装置とし得る。センサー３２は、明細書中に記載のピルのすべての態様について、胃３４に向かって食道３１を通るときに検出できる。センサーが首の周りで半円又は完全な円を形成する実施態様はまた、患者の正面で単に保持されるセンサーに対して、信号対雑音比を改善する。また、消化機構への依存度がより低いので、ピル自体への設計上の制約が少ない。
【００６０】
首センサーは胃腸センサーと全く同じ様に動作できるが、場合によっては有利な他のプロトコルも可能にする。複数のピルを検出しなければならない場合、患者が一度に１つのピルを飲むというプロトコルを用いることができる。このアプローチでは、いつでもただ１つのピルが食道を占有するので、１回分の投薬量を確認し記録するセンサーの能力が向上する。
【００６１】
磁場中に突っ込まれた強磁性材料の検出は２段階のプロセスである。まず、「渦電流」と称される電流をこの材料中に誘導するのに磁場が用いられる。次に、材料中で渦電流により生成された磁場を検出できるように、磁場を加えるのを止める。信号の強度は、加える磁場の強度に比例する。
【００６２】
電子ピルの首センサーは、磁場と共に用いられる場合には少なくとも２つの利点を有すると考えられる。第１の利点は磁場の質である。ハンドヘルド型装置は１つの発生源から磁場を生成するので、その磁場強度は距離の関数として急速に低下する（逆二乗法則又はそれより急速に）。しかしながら、この首装置は関心のある領域を包囲する複数のコイルを用い、より強くより一様な磁場を生成する。図５Ａ及び５Ｂはこれら２つの異なるセンサーにより生成される磁場を示す。
【００６３】
図５Ａはハンドヘルド型センサーにより生成される磁場を示し、発生源からの距離が増すにつれて力線の間隔が大きくなる。この特徴は、皮膚組織などの異質な物体が間の空間を占有している場合には、強まる。図５Ｂは首装置により生成される磁場を示し、力線は関心のある領域全体にわたってほとんど一様なままである。
【００６４】
首センサーにより生成されるより強力な磁場は、センサーの感度を高める一方、関心のある領域全体にわたってのその一様性によってセンサーの信頼性が高まる。皮膚や骨などの介在する物質が存在する場合にも、その磁場の完全性はいっそう強固である。
【００６５】
首センサーの第２の利点は、その複数のコイルによって首装置が磁場内での電子ピルの位置を求めることができることである。これにより、センサーは誤った実在又は偽装の試みに対していっそう良好に防止できる。ハンドヘルド型センサーでは、その単一の発生源ゆえにこのような弁別ができない。
【００６６】
〔生体適合性を有するスイッチング／トリガー〕
電子ピルの検出を成功させる上で重要な面は、電子ピルの送信の起点を明確に識別することに基づいている、すなわち、ピルが人体の内部から送信してるのか又は外部から送信しているのかを明確に識別することに基づいている。故意にシステムをだまして良好なコンプライアンスを記録しようとする個人を見つけるには、送信の起点を知る必要がある。この問題は多くの方法で取り組むことができ、実行する技術に依存する。
【００６７】
ＲＦＩＤの場合、送信の起点を求めるためには、送信信号中に特定の特徴が存在するだけで十分かもしれない。例えば、主に組織、血液及び骨による減衰ゆえに、人体の外部からの信号強度に比べて人体の内部から来る信号強度は小さい。人体の外部での送信の場合には存在しない組織を通って信号が伝搬するとき共振周波数がシフトすることを想定するのも妥当なことである。
【００６８】
１．磁気に基づいたピルの場合、食道内でのピルの運動の動力学（例えば、ピルの移動速度、磁石の方向、及び移動経路）が、人体内部の磁石と人体外部で人為的に移動する磁石とを弁別する僅かな差異を提供できる。
２．人体の温度及び／又はｐＨに基づいた固有のコードの送信：送信コード中に温度／ｐＨ情報が欠落していることは、送信の起点を識別するのに役立ち得る。
３．ピルが人体内部でのみ起動することを保証する。例えば、ピルは調剤されたときには起動停止しているが、唾液及び／又は他の人体作用物質に接触すると起動する。
４．別法として、摂取の前に人体の外部でピルを起動し、人体内部で体液と接触した後に起動停止することもできる。
【００６９】
起動／起動停止プロセスは、例えば下記のものを用いて実行できる。
１．特定の化合物の存在下で特性の変化を示す、選択的にコーティングされたセンサー。
２．胃の中で消化酵素にさらされると分解するタンパク質に基づいた生分解性のスイッチ。
【００７０】
〔選択的にコーティングされたセンサー〕
これらのセンサーは、化学的な分析目的の電子ノーズ（ｅノーズ）技術において広く用いられている。電子ノーズの分野でのセンサーは圧電気、導電率、ＭＯＳＦＥＴ、光学、及び分光学の技術に基づいている。本質的に、このセンサーは、特定の化合物に対して強い親和力を有するポリマーでコーティングされる。標的化合物の存在下、ポリマーに対する化合物分子の結合によってセンサーの特性が変化する。例えば、導電率センサーでは、抵抗が変化し、ＭＯＳＦＥＴセンサーでは、ゲートチャネルの誘電特性が変化する。化学分析の一般的な実行においては、異なるポリマーで各センサーがコーティングされている複数センサーのアレーを必要とする。各センサー上のポリマーの非選択特性ゆえに、アレーからの全体の応答パターンが、異なる化学物質に対して変化する。
【００７１】
ポリマーコーティングされたセンサーをバイオスイッチングに適用することは新規なことである。様々な電子ノーズセンサー技術のうち、導電率及びＭＯＳＦＥＴ型センサーが、バイオスイッチを構成するのに最も実際的であるかもしれないが、原理的には他の技術の使用も制限されない。導電率の場合、センサーは電導性ポリマー、金属酸化物、又はカーボンブラックの化学抵抗器を用いることができる。センサーは特定の体液を検出するよう調整されたポリマーでコーティングし得る。簡単のため、これらのセンサーを導電性センサーと称する。
【００７２】
〔導電性センサー〕
バイオスイッチを実現する１つの方法は、図６に示されるように導電性センサーとトランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＦＥＴ、ＢＪＴ等）を接続することである。抵抗器Ｒ１と直列に接続された導電性センサーは、簡単な抵抗器デバイダーとして機能し、トランジスタのゲートに必要なバイアス電圧を提供する。バイオスイッチの出力はトランジスタのドレインから取り出され、ＲＦ送信器のイネーブルポートに与えられる（一例としてＲＦ送信器が用いられているが、起動を必要とするどんな電子装置でもよい）。電池が、トランジスタを駆動するのに必要な電力と起動電圧を供給する。バイオスイッチが人体の外部にあるとき、導電性センサーの抵抗はＲ１よりも小さいので、起動電圧（ＶＡ）はゲートの閾値電圧よりも小さい。ゲート電圧が閾値よりも小さいとき、トランジスタはオフになっており、出力の電圧はゼロに等しい。バイオスイッチが体液に接触すると、選ばれた化学物質分子が導電性センサーに結合してその抵抗が増大することで、起動電圧も高まる。起動電圧がゲートの閾値電圧を超えると、トランジスタはオンになり、出力の電圧が電池の電圧に等しくなる。出力の電圧が大きくなると、ＲＦ送信器が作動可能にされ送信の準備がなされる。
【００７３】
図７には別の態様が示されており、この回路構成には起動停止回路が与えられている。バイオスイッチが人体の外部にあるとき、出力の電圧は電池の電圧に等しく、すなわち、ＲＦ送信器は作動可能になっている。導電性センサーが体液に接触すると、トランジスタがオンになり、出力の電圧がゼロに等しくなることで、ＲＦ送信器を作動不可にする。
【００７４】
導電性センサーを用いたバイオスイッチの態様は、上記の例に限定されない。トランジスタの種類、基板の種類、バイアス方法、電源の選択などを変えることで、いくつかの異なる態様の選択肢が得られる。ここでの代表的な概念は、スイッチング機構を駆動するために導電性センサーを利用することである。上記の例では、トランジスタ及び回路を駆動するのに電池を使用したが、電池に代えて充電されたコンデンサーを容易に使用できる。このスイッチは、外部で送信又は検出される信号の周波数を変更するのにも使用できる（例えば、ピル／アンテナの周波数応答を変える）。コンデンサーは、ピルが調剤される前に充電でき、又はＲＦＩＤ技術において行われるようにＲＦ誘導により充電できる。コンデンサーを用いることの肯定的な一面は、規定時間外にコンデンサーが放電し、全体のシステムが起動停止すること、すなわち、被験者は所与の時間枠内でピルを飲まなければならず、それにより、だましに対してシステムの信頼性が高まる。
【００７５】
〔ＭＯＳＦＥＴセンサー〕
バイオスイッチの別の態様では、導電性センサーの代わりにＭＯＳＦＥＴ電子ノーズセンサーを使用する。ＭＯＳＦＥＴ電子ノーズセンサーを用いるバイオスイッチは、このトランジスタが検出とスイッチングの両方を行なうので、いっそう簡単な支援回路により実現できる。図８に一例を示す。Ｒ１とＲ２との抵抗器デバイダーが固定の起動電圧をトランジスタのゲートに与える。バイオスイッチが人体の外部にあるとき、起動電圧はゲートの閾値電圧よりほんの少し小さいので、トランジスタはオフである。ＭＯＳＦＥＴセンサーが体液に接触すると、トランジスタのゲートで触媒反応が起こってチャネルの導電率が変わる、すなわち、ゲートの閾値電圧が下がって起動電圧が閾値電圧より高くなる。したがって、トランジスタがオンになり、出力の電圧が電池の電圧に等しくなる。この説明も可能な態様の１つに過ぎず、様々な種類の基板（例えば、ｎ型及びｐ型）及び支援回路を用いて変形物を構成できる。
【００７６】
〔生分解性のスイッチ〕
電子ノーズセンサーを用いることの代替案は、図２Ｅに示されるように、胃の消化酵素にさらされると導電率がかなり変わる生分解性のスイッチを利用することを含み得る。導電性物質（例えば、炭素）と非導電性物質（例えば、タンパク質）を混合することもできる。非導電性物質がドープされた導電性物質は、純粋な材料又は半ドープ材料よりも導電率が小さくなる（抵抗が高い）傾向にある。ドープ材料が消化酵素に接触すると、非導電性材料が酵素によって分解されるか、又は溶解され、導電性材料のみを残す。スイッチを実現できる態様の１つは、炭素とアルブミンとの組成物に基づく。アルブミンタンパク質は、胃の中に本来存在する酵素であるペプシンによって分解される。スイッチ組成物がアルブミンを欠いているとき、スイッチの導電率が増大して回路のギャップを埋めて回路を完成する。導電性材料及びタンパク質を選択することについては、多くの可能性が存在する。また、起動に対して過度に選択的なスイッチを形成するために複数の非導電性材料を混合することもできる。
【００７７】
さらに、露出した（又はピルが部分的に溶解すると露出する）電極をピルの外面に作ることによって簡単なスイッチを作成できる。充電されたコンデンサー又は他の電源が電極に接続されると、胃腸系のイオン特性によって電極に電流が流れることで、システムをオン又はオフにスイッチングできる。
【００７８】
上記の説明では、簡潔さ、明瞭さ、及び理解のしやすさのために特定の用語を使用してきたが、従来技術の要件を超えて不必要な限定を意味するものではない。これらの用語は説明のために用いられており、広く解釈されるべきものである。さらに、ここに記載の装置の実施態様は例として挙げたものであり、本発明の範囲はその構成の厳密な詳細に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の服薬コンプライアンスシステムの概略図である。
【図２】図２Ａはカプセル内に配置された「スマート」電子ピルの概略を平面図で示す。図２Ｂは複数コイルアンテナが付加されたピルの概略図である。図２Ｃは単一コイルアンテナが付加されたピルの概略図である。図２Ｄはカプセルの周りに巻き付けるために平面基板（基板）に付加されたアンテナを有するピルの概略図である。図２Ｅは消化できるコーティングで覆われたピルの概略図である。
【図３】図３Ａ及び３Ｂは外部の第一チップ（図３Ａ）と埋込み型の第二チップ（図３Ｂ）の集積回路ダイ（２ｍｍ２）の写真である。
【図４】バック・テレメータ、パワーキャリア、及び包絡線の検出波形のグラフである。
【図５】図５Ａ及び５Ｂはハンドヘルド型センサー（図３Ａ）により生成された磁場と首装着式センサーにより生成された磁場を示す。
【図６】ＭＯＳＦＥＴトランジスタを有する導電性センサーを用いる代表的な起動作動スイッチ回路の回路図である。
【図７】ＭＯＳＦＥＴトランジスタを用いた代表的な起動停止スイッチ回路の回路図である。
【図８】代表的なＭＯＳＦＥＴセンサーに基づいたバイオスイッチの回路図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０    服薬コンプライアンス監視システム
１１    ハンドヘルド型モニター（センサー）
１２    ＲＦトランシーバ
１３    アンテナ
１４    電子ピル
１５    胃腸管
１６    患者
１７    カプセル
１８    信号
１９    胴
２０    第二者
２１    コイルアンテナ
２２    電池
２３    シリコンチップ
３０    ピル
３１    食道
３２    センサー
４０    複数巻きコイル
４１    単一巻きコイル
４２    ｐＨモニター
４４    アンテナ
４５    基板（シート）
４６    カプセル
４７    電子回路
５０    カプセル
５２    コーティング
【図１】
2009513183.tif 000003
【図２】
2009513183.tif 000004
【図３】
2009513183.tif 000005
【図４】
2009513183.tif 000006
【図５】
2009513183.tif 000007
【図６】
2009513183.tif 000008
【図７】
2009513183.tif 000009
【図８】
2009513183.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月18日(2007.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬剤輸送装置と；
薬剤輸送装置の外面に配置されたアンテナであって、患者の胃腸管の外部に配置し得る検出装置によって患者の胃腸管から検出するための前記アンテナと；
を備える、患者の服薬コンプライアンスを監視するための電子ピル。
【請求項２】
電池と、前記アンテナと信号通信する集積回路とを更に備え、前記集積回路が前記アンテナを介して前記検出装置と通信するための手段を備える請求項１に記載の電子ピル。
【請求項３】
前記集積回路と前記アンテナとが無線周波数（ＲＦ）範囲の信号を発するよう構成される請求項２に記載の電子ピル。
【請求項４】
前記アンテナがピルの外面に付与された同調ＲＦコイルからなり、前記ＲＦコイルが、電子ピルの存在を識別するために所定の周波数にて共振する請求項１に記載の電子ピル。
【請求項５】
前記ＲＦコイルが複数回巻きの低周波数コイルと少なくとも１回巻きの高周波数コイルとの一方からなる請求項４に記載の電子ピル。
【請求項６】
前記ＲＦコイルが前記検出装置の励振コイルと近接場誘導結合を行なう請求項４に記載の電子ピル。
【請求項７】
胃酸の存在を監視するために前記ＲＦコイルと通信するｐＨセンサーを更に備える請求項４に記載の電子ピル。
【請求項８】
胃腸管の成分の存在下に変化し得る特性を有する材料を更に含み、前記特性が胃腸管の成分の不存在下に第１の状態にあるとき第１の信号をアンテナが発し、前記特性が胃腸管の成分の存在下に第２の状態にあるとき前記第１の信号とは異なる第２の信号をアンテナが発するように前記特性がアンテナと相互に作用する請求項１に記載の電子ピル。
【請求項９】
胃腸管の内容物からアンテナを保護するためにアンテナの上に配置された生体適合性の保護材料を更に含む請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１０】
前記アンテナが生体適合性の導電性材料を含む請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１１】
ピル外面に付加されたほぼ平坦な要素を更に備え、前記アンテナが前記平坦な要素に付加される請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１２】
体液の存在下にバイオスイッチとして機能する物質でコーティングされた導電性センサーと、前記センサー及び前記アンテナと信号通信する送信器とを更に備え、前記センサーからの所定の信号により前記送信器が前記アンテナに対して前記検出装置に信号を放出するよう伝える請求項１に記載の電子ピル。
【請求項１３】
薬剤輸送装置、及び
前記薬剤輸送装置の外面に配置されたアンテナ、
を備えた電子ピルと；
患者の胃腸管内の前記アンテナの存在を検出するための、患者の胃腸管の外部に配置できる検出器と；
を備える服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１４】
電池と、前記アンテナと信号通信する集積回路とを更に備え、前記集積回路が前記アンテナを介して前記検出装置と通信するための手段を備え、前記検出器が無線読取り器を備える請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１５】
前記集積回路と前記アンテナとが無線周波数（ＲＦ）範囲の信号を発するよう構成され、前記検出器が前記ＲＦ範囲において受信する請求項１４に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１６】
前記アンテナがピル外面に付与された同調ＲＦコイルからなり、前記ＲＦコイルが電子ピルの存在を識別するために所定の周波数にて共振し、前記検出器が広帯域読取り器コイルを備える請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１７】
前記検出装置が励振コイルを有し、前記ＲＦコイルが前記励振コイルと近接場誘導結合を行なう請求項１６に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１８】
体液の存在下にバイオスイッチとして機能する物質でコーティングされた導電性センサーと、前記センサー及び前記アンテナと信号通信する送信器とを更に備え、前記センサーからの所定の信号により前記送信器が前記アンテナに対して前記検出器に信号を発するように伝える請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項１９】
電子ピルが食道を通過するのを検出するために患者の首の付近に前記検出器を配置できる請求項１３に記載の服薬コンプライアンスシステム。
【請求項２０】
薬剤輸送装置と前記薬剤輸送装置の外面に配置されたアンテナとを備えた電子ピルを飲むよう患者に要求する段階と；
患者の胃腸管の外部の位置から患者の胃腸管中の前記アンテナの存在を検出する段階と；
からなる服薬コンプライアンスを検出する方法。
【請求項２１】
前記検出する段階の結果を監視機関に送信する段階を更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記アンテナがＲＦコイルからなり、前記検出する段階が前記ＲＦコイルからＲＦ信号を受信することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記検出する段階が、患者の胃及び食道それぞれにおいて電子ピルの位置を検出するために患者の胴及び首の一方の付近に検出器を配置することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記検出する段階が、前記検出する段階の時間を記憶することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記検出する段階が、第１の信号を前記アンテナに送り、それに対して前記第１の信号とは異なる第２の信号を前記アンテナから受信することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
患者の胃腸管の外部に配置できる検出装置によって患者の胃腸管から検出できるアンテナを、薬剤輸送装置の外面に付加する段階と；
前記輸送装置に薬剤を詰める段階と；
を含む患者の服薬コンプライアンスを監視するための電子ピルを作る方法。
【請求項２７】
電子ピルが電池と、前記アンテナと信号通信する集積回路とを更に備え、前記集積回路が前記アンテナを介して前記検出装置と通信するための手段を備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記集積回路と前記アンテナとが無線周波数（ＲＦ）範囲の信号を発するよう構成される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
電子ピルが胃酸の存在を監視するために前記アンテナと通信するｐＨセンサーを更に備える請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
胃腸管の成分の存在下で変化し得る特性を有する材料を、前記アンテナと物理的に通信する前記輸送装置の表面の少なくとも一部に付与する段階を更に含み、前記アンテナは、前記材料が胃腸管の成分と接触していないときには第１の信号を発し、胃腸管の成分と接触しているときには前記第１の信号とは異なる第２の信号を発するよう構成されている請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記アンテナを胃腸管の内容物から保護するために前記アンテナの上に生体適合性の保護材料を付与する段階を更に含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記アンテナをほぼ平坦な要素に取り付ける段階を更に含み、前記付加する段階が、前記平坦な要素を前記輸送装置の外面に付加することを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
体液の存在下にバイオスイッチとして機能する物質で導電性センサーをコーティングする段階を更に含み、電子ピルが前記センサー及び前記アンテナと信号通信する送信器を更に備え、前記検出する段階が、前記アンテナから所定の信号を検出することを含み、該アンテナの信号は、前記センサーの起動により生じた送信器の信号によって引き出されたものである請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記アンテナを付加する段階の後にオーバーレイヤーで電子ピルを包む段階を更に含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記付加する段階が、前記アンテナを前記輸送装置の外面に印刷又はデポジットすることからなる請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記アンテナがカーボンブラック、銀インク、鉄、電導性ポリマー、及び食用インクのうちの１つを含む請求項３５に記載の方法。
【国際調査報告】
2009513183.tif 000011