“无线电药丸”

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所谓“无线电药丸”,就是用无线电元件制成的微型无线电发射机,它的形状和大小跟一般胶囊药丸差不多。“无线电药丸”虽然不能直接治病,但把它吞入肚中,可以遥测肠胃道的各种生理数据,如温度、压力、酸碱度、酶活动情况等,从而帮助医生诊断病症所在,以便对症下药。

肠胃道的发炎处,温度往往升高,因此测定肠胃道各处的温度可以断定发炎的部位;同样,测定酸碱度可以知道患者胃液的分泌量和分泌速度;比较正常人和患者消化系统内的压力,也有助于正确地断定疾病。

“无线电药丸”的问世,对肠胃道患者来说是莫大的喜讯。过去为了取得肠胃道内的生理数据,不得不把细长的橡皮管从口内一直插到肠胃,取出食糜。这样不仅使患者十分痛苦,而且测量结果也不够准确。因为病人不舒服的感觉会改变正常的生理条件,因而也就会影响所测量的数据。由于“无线电药丸”的体积很小(长约10—12毫米,直径约4—8毫米),因此可以像普通药丸那样吞下。它在消化系统中可畅通无阻地“旅行”,丝毫也不影响消化过程,因此能精确地测量肠胃道任何部位的生理数据,这是用其他方法所不能做到的。

“无线电药丸”的种类很多,但是都不外由以下两部分组成:用半导体管、微型元件和印刷电路制成的高频小功率振荡器;能够根据肠胃道的温度、压力、酸碱度等各种生理数据改变振荡器频率的传感元件。

图1
图1 🔍原图 (1189×503)

用“无线电药丸”遥测消化系统的整个过程如图1所示。吞下的无线电药丸在肠胃道中旅行的时候,它的传感器不断感受各处的压力、温度、酸碱度等参量,改变高频振荡器回路中的电感或电容,结果发射机便发出调频信号。在人体近旁放置一个接收天线,它将“无线电药丸”发出的调频信号接收下来,送至调频接收机,加以放大、鉴频,就能得到表示消化系统生理过程变化的低频信号。将这个低频信号送入自动记录器,便能画出曲线,帮助医生诊断疾病。

图2
图2 🔍原图 (635×441)

“无线电药丸”所能测定的生理数据,随其中传感器的类型而不同。装有压力传感器的无线电药丸,能够测出肠胃中压力在200厘米水柱范围内的变化。它的结构剖面图和电路图分别如图2和图3所示。压力传感器是一根铁氧体棒,它放在振荡回路的电感线圈L\(_{1}\)中,可以移动。它的一端与装在无线电药丸的一个端面上的波纹状弹性膜片相接。当弹性膜片在不同压力的作用下产生位移时,与它相接的铁氧体棒也就在振荡回路的电感线圈中移动,从而改变线圈的电感,结果使振荡器的振荡频率改变。高频振荡器是用半导体三极管装成的,振荡回路L1C\(_{1}\)接在三极管的集电极电路中,回授线圈L2接在发射极电路中。分压器R\(_{1}\)、R2用以向基极供给偏流,使工作稳定。电容器C\(_{2}\)对高频振荡来说阻抗很小,使高频振荡不经过基极偏流电阻R2而直接回至基极。高频振荡器的频率可为300—450千赫或1.9—2.0兆赫。当铁氧体棒在线圈中移动时,可使频率在5—10%的范围内变化。电源采用1.2—1.35伏的氧化汞微型电池或镍—镉钮扣型电池,它们能保证振荡器工作100小时。

图3
图3 🔍原图 (399×717)

在测量温度的“无线电药丸”中,振荡回路的电容器常用温度系数大的铁电陶瓷电容器(见图4),每当温度改变摄氏一度,它能使振荡频率改变0.5—1.0%。也可以使用铁镍合金铁心的线圈,它的导磁率随温度而发生很大的变化,从而使电感和振荡频率变化。温度每改变摄氏一度,可使电感改变7%,振荡频率改变3%,测量温度的精确度达0.1℃。

测定肠胃中酸碱度的无线电药丸,它的传感器是一对锑和氯化银电极,或者是玻璃和氯化银电极。锑电极或玻璃电极是测量电极,做成圆片状,装在无线电药丸的一个端面上,氯化银电极是比较电极,做成杯状,内盛0.1%的氯化钠溶液。两电极间所产生的电位差决定于肠胃中溶液的氢离子浓度,也就是酸碱度。当氢离子浓度在1到9之间时,电极间的电位差为0.05到0.5伏。这个电位差加至半导体二极管或半导体三极管,使半导体二极管的p—n结电容或半导体三极管集电结的电容变化,而结电容则是半导体三极管高频振荡器振荡回路的组成部分,因此传感器电极电位差的变化就能改变“无线电药丸”发射的频率。氢离子浓度每改变一个单位,可使发射频率偏移1500赫。

“无线电药丸”中的电池约占总体积的三分之一,而且工作寿命有限。目前研制成一种没有电池的“无线电药丸”,其中仅有传感器和振荡回路,因此体积可大大缩小。在没有电源的情况下,振荡回路由人体外的脉冲振荡器发出的脉冲激励。在两个脉冲之间的时间内,振荡回路中可产生衰减振荡而向外辐射。用接收机把衰减振荡接收和记录下来,同样能得到肠胃道生理过程的资料。这种“无线电药丸”的寿命无限长,它的结构简单,价钱也便宜得多,很有发展前途。(朱邦俊编译)