CN101466299B - 用于监视和控制眼睛或身体部分的内部压力的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于自动监视和控制身体部分中的压力的系统和方法。所述系统包括：可植入的管子，该管子的一个开口端植入所述身体部分中；与所述管子联接的可植入的阀，该阀具有关闭状态和至少一种打开状态；用于测量压力的可植入的传感器；和与所述阀和所述传感器联接的可植入的控制设备。所述控制设备基于从所述传感器接收到的压力信息使所述阀在所述至少一种打开状态和所述关闭状态之间切换。当所述阀处于所述至少一种打开状态时，由于所述管子两开口端之间存在压差，所述管子从所述身体部分排出流体。本发明还公开了用于在各种生物系统中使用所述系统施加药物和监视并控制流体压力的方法。

Description

用于监视和控制眼睛或身体部分的内部压力的系统
技术领域
本发明的实施方式涉及用于监视和控制生命系统中的体腔、组织和器官中的压力的有用的新装置、系统和方法，更具体地，本发明涉及眼压传感器和阀装置及使用这些传感器和阀装置的系统和方法。本发明的实施方式也可以用于通过控制接入植入的或远程的容器的流体而向生命或非生命系统施加药物和/或其它药剂。 
背景技术
原发性开角型青光眼(POAG)是一种常见的慢性病，被世界卫生组织划分为导致失明的第三大原因。多达六千七百万人患有青光眼并且其中10％的人最终会双眼失明。即使在医疗条件先进的发达国家，一半以上的患有与临床上升高的眼压(IOP)相关的青光眼病人甚至对他们的情况毫无所知。 
青光眼的主要临床特征是对视神经造成渐进损害并伴随视觉功能的丧失。尽管青光眼视神经病变的机理是不确定的，但是眼压的升高被认为是一个主要的风险因素。早在1907年，医生们就认识到对眼压进行控制可以减缓病情的进展。研究表明使眼压降低到小于18mm Hg可以使患青光眼的风险降低50％，对于青光眼患者来说可以阻止对视野影响的进展。即使那些患所谓的正常眼压性青光眼的病人也能从眼压的降低中受益。 
因此，眼压已经成为确定治疗性干预(不管是药物的还是手术的)是否成功的一种代用的且容易衡量的界点。这些治疗性干预并不直接治疗青光眼，而是着手于最重要的风险因素中之一，即升高的眼压。药物和手术方法都能够有效降低眼压并使视野丧失最小化。这意味着是眼压的降低而不是实现它的方法维护了视觉功能。然而， 药物和手术植入的无源阀都具有其自身的局限。 
为降低眼压，大多数药物要么增加从眼睛的前房流出的眼房水的流出，例如前列腺素F2α，要么降低它的产物，例如β交感神经阻断药和碳酸酐酶抑制剂。有些药物，诸如α-肾上腺素受体激动剂同时增加眼房水的流出并降低它的产物。它们的作用各有不同，这取决于患者的依从性、患者的生理生化机能、病理状况、其它药物的存在和能够影响眼压的其它环境变化。 
如同高血压一样，升高的眼压直到终末器官的损害(在这种情况下是青光眼视神经病变变得明显)时才能被患者察觉。由于患者不能感到即时的好处，因此他们就缺乏施加药物的动机并且患者的药物依从性常常很弱。另外，药物，即使是那些局部适用的药物，通常也会有副作用，适用到眼睛里很不舒服，并且持续使用非常昂贵。 
尽管通过手术方法降低眼压也能有效地减缓视觉缺陷的进展，但很少能实现长期的控制。现有的方法，诸如激光小梁成形术、小梁切除术和可植入阀等需要手术执行，一旦植入就不能对其设定值进行控制，并且通常根据治疗的速度、眼房水的产生量和其它混杂的因素对眼压的控制是变化的。尽管患者依从性在这里不是一个因素，但由于纤维疤痕组织的形成和可能使患者患上白内障，手术方法的作用往往受到限制。另外，与药物疗法相比，进行外科手术的患者长期眼灼烧、红眼和干眼的发病率要稍高。 
现有的治疗方法的最大局限在于不论是药物疗法还是外科手术都不能基于患者的眼压自动调整它们的动作。这个缺点特别值得关注，因为维持原发性开角型青光眼的眼压低于18mm Hg通常被认为对于减少青光眼视神经病变的发作(或者，对于已经患上的，防止进一步发展)来说必不可少。正常压的青光眼患者通常需要小于11mm Hg的更低的设定值。另外，不能调整还限制了任何其它药物的利用，这些药物的主要作用或副作用是可以提高或降低眼压。 
一种治疗青光眼的方法是设计一种具有压力敏感阀的人工排水 分流系统，该系统允许眼房水从眼睛前房流出。但是，现有的阀调节装置是有局限的。常规的阀是无源装置，其常常使得排出的眼房水太少或者偶尔太多。另一个缺点是无法长期积极地监视眼压。此外，传统的装置，即使是最优化地作业，也不能一次调整到位，这使得患者和医生对先存在的阀参数无能为力。而且，这些阀可能失效，因此由于对合适压力调节方面的较差控制必须移除这些阀。 
因此，需要一种自动系统，其能够允许对青光眼患者的眼压进行灵活和长期的监视和控制。还需要对用于其它生物医学或商业应用的压力进行更有效率和更加稳定的调节。本发明旨在实现这些及其它的目的。 
发明内容
本发明提供用于监视和控制身体部分的压力(例如，IOP)的系统和方法，它通过自动测量该压力并控制阀和传感器而实现。本发明的系统允许长期监视和控制压力(例如，IOP)，该系统的压力设定值可以由医生或患者加以调节。来自阀和传感器的数据可以被记录并传送到医生或患者以判断是否要保持临床选择的压力以及阀是否正常工作。 
本发明相比传统的疗法具有很多优点。不需要担心患者的依从性、药物的副作用或药物的相互作用。压力的控制可以保持并且该控制不受通常的生理学变化的影响，或者，就此而言，例如，不受由施加药物或病理学变化而引发的变化的影响。本发明的优选实施方式能够监视自身的表现并对发生在身体部分的液体流动(例如眼睛中的眼房水流动或者大脑中的脑脊髓流体)的变化和其它可能影响身体部分压力的变化做出调整。在优选实施方式中，本发明的设备能够即时将压力相关的问题通知护理者，因此可以减小或避免其它装置或药物可能发生的任何急性或慢性的压力介导的损害。另外，本发明的装置和系统能够使用较大的孔，以防止设备堵塞，同时避免身体部分内不期望的压力(例如，IOP)损失。本发明的优选系统 还可以具有用于调节阀功能的失败安全模式。 
本发明公开了用于自动监视和控制身体部分压力(例如，IOP)的系统。在一些实施方式中，所述系统包括具有第一开口端和第二开口端的可植入管子，其中，第一开口端设置在所述身体部分(例如，眼睛的前房)中。所述系统还优选包括与所述管子联接的可植入阀，该阀具有一个或多个打开状态和一个关闭状态。另外，所述系统还优选包括可植入传感器和与所述传感器和阀联接的可植入控制设备，所述传感器被构造用于获得所述身体部分内的至少一个压力测量值(例如，IOP)。所述控制设备被构造用于接收所述压力测量值并相应地使所述阀在所述一个或多个打开状态和所述关闭状态之间转换。当所述阀处于一个或多个打开状态时，由于所述管子的第一开口端和第二开口端之间存在压差，因此所述管子从所述身体部分排出液体(例如，从眼睛的前房排出眼房水)。在一些实施方式中，所述系统还包括被构造用于将药物从容器输送到所述身体部分内的可植入泵。 
所述优选包含在所述系统中的可植入传感器可以是压阻式换能器或其它类型的传感器，例如光纤传感器。在一种实施方式中，所述传感器还被构造用于获得温度测量值，并且所述控制设备还被构造用于接收该温度测量值并基于所述压力测量值和温度测量值转换所述阀。 
在一些实施方式中，可以通过外部磁体使所述阀在所述至少一个打开状态和所述关闭状态之间转换。在一种实施方式中，所述阀包括至少一个电磁体，并且所述控制设备通过使所述至少一个电磁体极化而使所述阀在所述至少一个打开状态和所述关闭状态之间转换。所述阀还可以包括可植入套筒和在该套筒内的可植入叶片以及附加传感器，所述可植入套筒具有第一端和第二端，该第一端和第二端都由能与磁力起反应的材料制成，所述可植入叶片具有第一磁端和第二磁端，所述附加传感器用于确认所述叶片的位置，该传感器可以是诸如光学传感器、接近传感器或者接触传感器。所述叶片 的位置决定了所述阀是否处于一个或多个打开状态或处于关闭状态。在一种实施方式中，所述阀包括具有一个或多个孔的转动构件。在一些实施方式中，所述阀具有至少两个打开状态并且在不同的打开状态以不同的速率排出身体部分内的流体。 
在一些实施方式中，所述控制设备包括用于向外部设备传输信息的无线通信模块。所述控制设备还可以包括用于向外部设备传输信息和从外部设备接收信息的双向无线通信模块。在一种实施方式中，所述控制设备根据可由外部设备配置的至少一个设定值使所述阀在所述一个或多个打开状态和所述关闭状态之间转换。在一些实施方式中，所述控制设备可以包括电池和被构造用来为该电池再充电的电磁感应系统。 
本发明还公开了监视和控制身体部分的压力(例如，IOP)的方法。在一些实施方式中，该方法包括自动测量身体部分内的压力并自动判断该压力是否需要降低。所述判断可以基于至少一个压力测量值和至少一个设定值。所述方法还包括在判断出所述压力需要降低时，自动从身体部分释放流体(例如从前房释放眼房水)从而降低该身体部分的压力。所述方法还包括自动记录多个压力测量值。 
在一些实施方式中，判断压力是否需要降低是通过将所述至少一个压力测量值与低设定值和高设定值自动比较而实现的。在一种实施方式中，释放流体包括在判断出所述至少一个测量值高于所述高设定值时自动以第一速率从所述身体部分释放流体，而在判断出所述至少一个测量值低于所述高设定值而高于所述低设定值时自动以第二速率从所述身体部分释放流体，其中，所述第一速率大于所述第二速率。 
本发明的实施方式还可以用来提高身体部分的压力和/或向身体部分施药。例如，如果需要慢慢升高眼压，可以药物或手术降低眼睛的排出通道的容积，和/或药物增加眼房水的产生。因此本发明的压力控制系统能够用于使眼压保持在特定的水平。所述系统还可以用来响应于眼睛或其它体腔或器官内的压力变化而接通植入的或远 程的容器而施加药物。 
附图说明
本发明的详细描述，包括对本发明的各种实施方式的描述，在参考以下附图阅读时会得到更好的理解，其中： 
图1是描述人眼的一部分和根据本发明的各种实施方式的压力控制系统的截面图； 
图2是描述根据本发明的各种实施方式的压力控制系统的示意图； 
图3是描述根据本发明的各种实施方式的压力传感器的截面图； 
图4是描述根据本发明的各种实施方式的压力传感器的俯视图； 
图5a是描述根据本发明的各种实施方式的电磁阀的透视图； 
图5b是描述根据本发明的各种实施方式的电磁阀的俯视图； 
图6示出了根据本发明的各种实施方式的电子控制设备的布局的框图； 
图7示出了根据本发明的各种实施方式的电子控制设备的布局的框图； 
图8是描述根据本发明的各种实施方式的压力控制系统和外部计算设备的框图； 
图9是描述根据本发明的各种实施方式的压力控制系统的框图； 
图10是描述根据本发明的各种实施方式的压力控制系统的框图； 
图11示出了根据本发明的各种实施方式的压力控制系统的操作的流程图； 
图12是根据本发明的各种实施方式的圆柱形阀的截面图； 
图13是描述根据本发明的各种实施方式的阀的部分的俯视图；以及 
图14示出了根据本发明的各种实施方式的压力控制系统的操作的流程图。
具体实施方式
本发明提供用于监视和控制身体部分压力的系统和方法。结合图1-10和12-13对本发明的各种实施方式的压力控制系统进行描述。结合图11和14对本发明的各种实施方式的用于控制压力的方法进行描述。 
图1是描述人眼的一部分和根据本发明的各种实施方式的压力控制系统118的截面图。眼睛的前房102容纳眼房水，眼房水正常地通过通道112流出眼睛。对于青光眼患者来说，这种正常流出受到阻碍，导致眼内压力积累。为了防止发生这种现象，可以植入系统118以监视眼压并在需要时从前房102排出眼房水。 
如图所示，系统118包括管子116和与管子116联接的排水板122。管子的一端可以植入到前房102内。在一些实施方式中，板122植入到眼睛的结膜114下面。替代地，板122或者板122的各种组件可以植入到其它位置，例如，植入到晶体104内，在这种情况下，眼房水从前房排出并且眼房水被重新定向到血管床或其它系统。 
系统118还可以与用于将药物输送到诸如前房102的身体部分的药物输送系统一起使用或者包括该药物输送系统。例如，系统118可以包括与外部药物容器或内部药物容器连接的泵。当压力很低时，系统118可以使用泵来输送药物以增加前房102内的流体量。 
图2是进一步说明本发明的各种实施方式的压力控制系统118的示意图。如图所示，系统118包括管子116、传感器206、阀202和控制设备208。阀202与管子116联接。传感器206设置在管子116内，但传感器也可以设置在其它位置。例如，传感器206可以安装到板122中。在一些实施方式中，阀202和控制设备208都可以安装到板122内并被密封以防止泄露。替代地，控制设备208可以与板122分离并被植入到身体部分的其它位置。两个或更多缝合固定环204a和204b定位在板122上。该缝合固定环204a和204b使板122能够手术接合到身体部分(例如，眼睛)。
系统118包括电源(未示出)以为传感器206、阀202和控制设备208提供电能。该电源可以安装到板122中，并且可以是例如尺寸为10mm×10mm×0.75mm的薄膜锂离子电池。这种电池可以具有例如2毫安小时的容量和是放电率的50倍的充电率。这种电池还可以被再次充电100000次。系统118可以被设计为具有低耗电量使得由上述的电池至少运行24小时而不用给电池充电。给电池充电所花费的时间例如小于15分钟。 
可以提供电磁感应机构(未示出)作为控制设备208的一部分，用于在植入系统118之后为所述电源充电。该电磁感应机构可以包括感应线圈，该感应线圈与外部充电系统的感应线圈相匹配。所述外部充电系统例如可以被设计成在大约0.5英寸的空间传递15毫安。所述电源及控制设备208可以由柔性材料制成。 
所述电源可以包括电能产生装置，该电能产生装置利用日光(红外光)、热能、化学的、压电的和/或这些的结合或其它能源来发电。根据所述电源的位置，可见光也可以用来发电。本领域已知可以利用基于热量和化学的技术来给低电压、低电流的装置供电。 
系统118的组件可以由诸如硅树脂或者塑性材料等柔性和生物相容性材料制成。系统118的组件还可以具有带有硅树脂或塑性材料涂层的陶瓷、磁性和/或金属件。还可以使用例如胶原质的生物材料。系统118的组件可以使用液态硅树脂铸造和压模而成。系统118的组件还可以由二氧化硅或其它基片微加工，然后用生物相容性材料涂膜而成。 
系统118的组件可以制成为很小的尺寸。例如，所述电池可以具有10mm×10mm×0.75mm的尺寸，所述控制设备208可以具有10mm×10mm的尺寸。系统118的整体厚度可以制成小于2mm。阀202可以例如长7mm并且直径为1.5mm。因此，板122加上控制设备208、阀202和密封在内的电池尺寸为10mm×10mm×2mm。由于这些组件都制成较小的尺寸，系统118可以制造得较小。例如，管子116可以具有0.35mm的内径和0.65mm的外径。
下面结合附图3-7更加详细描述系统118的各种组件，包括传感器206、阀202和控制设备208。传感器206被构造用于获得对身体部分的压力测量值(例如，IOP)。在一些实施方式中，传感器206可以是电子传感器或光学传感器。例如，传感器206可以是单臂电桥传感器、电容传感器、光纤传感器。替代地，传感器206可以是图3和图4所示的压电式传感器。 
图3是整体表示为300的换能器的截面图，其示出了由氧化膜306包围的参考真空310和硅基片312。蚀刻的接入孔302可以位于膜306的中部。两个多晶硅(聚合)压电电阻器304a和304b可以设置在膜306内。表面钝化膜密封层308使膜306与上面密封。如图4所示，图4是换能器300的俯视图，压电电阻器304a、304b可以是设置在膜306的相对侧的U型带。 
换能器300利用聚合压电电阻器304a、304b的压阻效应检测覆盖孔302的膜306的机械挠曲。换能器300的尺寸可以非常小，在几百微米或者甚至几十微米的量级上。例如，换能器300可以使用微电子制造技术微加工而成，尺寸为0.25mm×0.25mm×0.25mm。该种换能器也可以被设计成具有100mm Hg全刻度(“FS”)读数，并且精确度为1％FS，漂移每年小于1％FS。 
引线可以使用本领域中公知的引线接合工艺被连接到换能器300上的电极，从而将换能器300与控制设备208连接。引线可以涂上TeflonTM(商标为特氟隆)材料用于电绝缘。换能器300可以由控制设备208控制以重复进行压力测量，并且可以使连续测量之间的时间间隔最优化以使耗电量较小。 
由于系统118的可编程设计，传感器206可以被重新校准，这延长了系统118的使用寿命和精度。在一些实施方式中，可以调整传感器206以承担由于大气压力变化(例如：患者潜水、游泳或在飞机中飞行)而引起的校正。能够接触大气压力的大气压力传感器(未示出)可以连接到控制设备208上用于提供大气压力信息。 
在一些实施方式中，传感器206除了测量压力之外还可以测量 温度。例如，图3和图4中所示的压电换能器300就可以用于这种目的。温度测量允许对所述压力传感器进行温度校正以及检测体温的异常变化。由于各个身体部分的压力(例如，IOP)表明了随心跳的脉冲分量，因此传感器206还可以用于检测心率的变化。由此，系统118可以用于通过使用植入的或远程的药物容器基于心率变化、温度变化或血压变化而施加药物。 
图5a是表示根据本发明的各种实施方式的两个磁挡件，电磁阀202的透视图。阀202包括在其相对端部具有钢板512a、512b的外部套筒506和在所述两端部之间的孔512。两个电磁体502a、502b位于板512a、512b附近。具有孔516的滑动叶片514设置在套筒506内。叶片514可以是两端具有永久磁体508a、508b的铁电枢。磁体508a、508b可以是例如低高斯的稀土磁体。阀202还可以包括用于在叶片514和套筒506之间对准的锁槽520。在一些实施方式中，在套筒506的一端可以设有霍尔效应传感器510来判断和确认阀202是处于打开状态还是处于关闭状态。 
可以通过改变叶片514在套筒506内的相对位置而使阀202打开或关闭。当叶片514所处的位置使两个孔512、516重合时，阀202打开。否则，阀202就是关闭的。为使阀202关闭，电磁体502a、502b被暂时极化，例如通过100毫秒20毫安的脉冲。由电磁体502a、502b产生的磁场能够沿一个方向拉动叶片514，例如，沿箭头518a的方向，直至叶片514与板512a接触。与此同时，叶片514由于磁体508a和钢板512a之间的吸引而锁定到板512a上。所述电磁体502a、502b并不需要进一步极化用于使叶片514保持在其位置。 
为使阀202打开，可以将电磁体502a、502b反向极化，沿箭头518b的方向拉动叶片514。这个拉力要足够大以克服磁体508a和钢板512a之间的吸引。叶片514然后沿箭头518b的方向运动，并由于磁体508b和钢板512b之间的吸引锁定到板512b上。 
在一些实施方式中，叶片514可以通过外部源(未示出)产生的磁场而沿箭头518a、518b的方向运动，使得阀202可以在设备失 效的情况下手动地打开或者关闭。该部件也可以用于在叶片514快速来回运动时清除阀202的堵塞。 
阀202的各种组件，包括套筒506和叶片514可以由生物相容性、自润滑材料制成，或者涂有生物相容性、自润滑材料的涂层，例如TeflonTM类型的材料。所述TeflonTM材料会降低阀202内的摩擦和堵塞。阀202可以例如长7mm并具有1.5mm的直径。孔512、516可以具有例如0.025英寸或更大的直径。这种相对较大的孔尺寸可以降低阀堵塞的可能性。 
图5b是表示本发明的各种实施方式的电磁阀550的俯视图。阀550包括导管554和阀箱564，阀箱564包括永磁体558和两个挡板556a和556b。导管554的一端562a可以例如放置到眼睛的前房中。导管554的另一端562b可以连接到排水板552。永磁体558具有孔560(用虚线示出)，在磁体558位于打开位置(未示出)时，该孔560允许流体穿过阀550从导管554的一端562a到另一端562b再到排水板552上。 
挡板556a和556b由含铁材料制成。挡板556a和556b限制磁体558的运动并将磁体558保持在打开位置或者关闭位置。绕阀箱564端部的线圈(未示出)能够产生暂时的磁场(以闪电示出)以沿箭头518a或箭头518b的方向驱动永磁体558到达打开位置或关闭位置。在所述关闭位置，磁体558的主体阻挡流体通过。磁体558可以包括使得磁体558与阀箱564正确地对准的锁槽(未示出)和/或释放由磁体的运动而被存储的空气的压力的凹槽(未示出)。阀550还可以被设计成使得磁体558能够被驱动沿垂直于排水板552的方向运动，这有助于在所述电磁系统失效时使用外部磁体(未示出)来使阀550打开或关闭。 
本发明并不限于使用上述的阀。也可以使用其它类型的阀，包括但不限于簧片阀和具有旋转凸轮或叶片的阀。在一些实施方式中，阀可以具有多个打开状态，而不是仅有一个打开状态和关闭状态，从而以不同速率释放流体。这可以例如通过如下结合附图12和13 描述的具有变化尺寸的孔来实现。 
如图2所示，控制设备208可以与传感器206和阀202联接。控制设备208以专用集成电路(“ASIC”)、微处理器、微控制器、或其它类似设备实现。当例如以微处理器或微控制器实现时，控制设备208能够运行软件程序以控制系统118。控制设备208可以被构造用于使用输入/输出(“I/O”)端口从传感器206接收压力和/或温度测量值。控制设备208还可以包括用于传感器206的能量控制和/或其它传感器的能量控制的其它I/O端口，例如，用于确认阀状态的霍尔效应传感器。另外，控制设备208可以包括用于监视电池和/或给电池再充电，和/或用于控制阀202(例如，使阀202中的电磁体极化)的其它I/O端口。 
在一些实施方式中，控制设备208包括与外部设备进行无线通信的I/O端口。控制设备208还可以包括解调从各个I/O端口接收的信号并将这些信号转换成数字信号的电路。控制设备208可以将各种信号，例如，包括压力测量值的数字信号传递到出于监视目的的外部设备。控制设备208例如可以25Mhz且5.8毫安的电流运行。 
图6是表示控制设备208的电子器件布局的一种例子的框图。如图所示，控制设备208可以包括处理器602，该处理器602执行用于阀控制的逻辑运算(例如，下述结合附图11和12的逻辑运算)或用于控制系统118的操作的任何其它逻辑运算。控制设备208可以包括功率调节和充电管理模块604，用于调节供应到系统118(图2中示出)的各种组件的功率和对电池(未示出)的再充电进行管理。另外，控制设备208可以包括用于与外部设备(未示出)进行无线通信的发射机606和用于给电池再充电的感应线圈610。 
图7是表示控制设备208的电子器件布局的另一个例子的框图。如图所示，控制设备208可以包括用于放大来自传感器206(图2中所示)的信号的传感器放大器702。控制设备208可以包括收发器组件，例如用于放大接收到的射频(“RF”)信号的RX放大器704，用于解调接收到的RF信号的RX解调器706和用于调制待发送的RF 信号的TX调制器708。控制设备208还可以包括用于调节供应到系统118(图2中示出)的各种组件的电能的功率调节器710，和用于调节电池的再充电(未示出)的电池充电调节器716。另外，控制设备208可以包括控制逻辑电路714，该电路714能够执行用于阀控制的逻辑运算(例如，下述结合附图11和12的逻辑运算)或用于控制系统118的操作的任何其它逻辑运算。控制设备208还可以包括逻辑信号调节电路712，该电路可以包括放大和过滤组件。 
图8是表示本发明的各种实施方式的压力控制系统的框图。控制设备208与阀202和传感器206联接。控制设备208还可以通过无线连接与外部计算设备802联接。例如，控制设备208可以将传感器206采集的压力测量数据发送到计算设备802。另外，其它种类的数据，例如，阀状态的信息和/或电池状态信息也可以发送到计算设备802。 
在一些实施方式中，控制设备208和计算设备802之间的无线连接可以通过利用多个子载波的能够双向通信的磁耦合、低频差FM系统提供。替代地，所述无线连接可以通过本领域内已知的其它种类的无线通信机构提供，包括但不限于红外线、可见光和/或微波通信系统。 
计算设备802可以是例如便携式电脑、台式电脑、个人数字助理(“PDA”)或者专门的数据采集和控制设备。在计算设备802上运行的软件可以用来记录从控制设备208接收到的各种类型的数据。数据可以存储在硬盘上以便将来重获、分析、转换和/或显示这些数据。这些软件也可以用于控制植入的系统118。例如，所述软件可以发送控制指令给控制设备208(例如：返回到设备208的信号)。所述软件还可以发送参数(例如：压力设定值)和/或控制设备208使用的控制阀202的软件程序。 
图9是表示本发明的各种实施方式的控制设备208的框图。如图所示，控制设备208可以包括但不限于收发器902、电源904、阀控制器908和数据存储器906。数据存储器906可以例如包括1千字 节的内存，并可以存储不同种类的信息。例如，可以存储由传感器206获取的压力测量值，由电源904设定的系统功率信息，和/或阀状态的信息。可以使用压缩算法来允许储存长期内采集的测量数据。所述信息也可以传送到外部计算设备，例如，通过收发器902传送到图8中的计算设备802。在一些实施方式中，控制设备208在正常运行中不传送任何数据，但外部设备802可以要求传送数据。数据存储器906也可以包含非易失性存储器，该非易失性存储器可以用于存储参数和/或出于阀控制和/或其它目的的程序。 
图10是表示本发明的各种实施方式的另一种压力控制系统的框图。不同于图9中的系统，便携式设备1002包含阀控制器908和数据存储器906，该便携式设备1002是患者可以随身携带的外部设备。便携式设备1002可以通过收发器1004与控制设备208和外部计算设备802通信。外部计算设备802可以位于远处的位置，在医生的监视之下。替代地，便携式设备1002和/或外部计算设备802能够将从控制设备208接收的信号通过通信网络，例如英特网发送到远处。在一些实施方式中，由阀控制器908和数据存储器906提供的功能可以包括在所述外部计算设备802中，从而可以不需要所述便携式设备1002。根据所述压力控制系统使用的不同应用，阀202和传感器206可以是分离的(如所示出的)，也可以是连接在一起的。 
下面描述监视和控制身体部分的压力(例如，IOP)的方法。具体来说，结合图1和图2中描述的系统118对本发明的各种方法进行描述。系统118通过使用阀202排出身体部分内的流体(例如，前房102中的眼房水)释放压力。在一些实施方式中，控制设备208根据单个设定值对阀202进行控制。当压力升高到所述设定值之上时，控制设备208使阀202打开。由此流体由于阀202两侧之间的压差而通过管子116和阀202，释放身体部分(例如，前房102)内的压力。就眼压而言，所述压差根据前房102内的压力而变化，该压力对正常人来说是10-15mm Hg。当压力降到所述设定值以下时， 控制设备208使阀202关闭。从而使压力保持在设定值。 
替代地，如图11中的流程图所示，本发明的各种实施方式的压力控制系统118可以用于使身体部分的压力保持在一个压力范围内。在步骤1102，在系统118内设定由低设定值和高设定值表示的压力范围。在步骤1104，用植入的系统118的传感器206测量身体部分的压力(例如，患者眼睛的前房102中的IOP)。在步骤1106，将该压力测量值发送到控制设备208。在步骤1108，控制设备208将所述测量值与所述高设定值进行比较。如果压力超过所述高设定值，在步骤1110处使系统的阀202打开，从所述身体部分排出流体。否则，所述控制设备208将测量值与所述低设定值进行比较。如果压力低于该低设定值，在步骤1114处使阀202关闭。如果所述压力测量值既不高于所述高设定值也不低于所述低设定值，则身体部分的压力处于所述的压力范围内，因此系统118不改变阀202的状态。系统118然后在预定的时间段内从步骤1104开始重复此循环。 
因此，如图11所示，系统118持续监视压力以确保压力处于由原始设定在系统118中的两个设定值表示的压力范围内。该压力范围例如可以是6mm Hg到18mm Hg。大的压力范围可以降低阀切换的频率并从而降低能耗。在一些实施方式中，该压力范围可以在系统118植入之后使用无线连接而加以改变，并可能在判断不同的压力范围更加适合特定的患者之后加以改变。 
在一些实施方式中，压力控制系统118中使用的阀可以具有多种打开状态，能够以不同速率释放流体(例如，房水)。图12中示出了这种阀的一个例子，该图是整体以1200表示的圆柱形阀的截面图。阀1200包括能够在外壁1208内沿箭头1206的方向转动的内室1210。输入管1214和输出管1212延伸穿过壁1208到达室1210。不同尺寸的多个孔，例如孔1216a和1216b位于室1210的壁上。当一个或多个孔(例如：1216a、1216b)与输入管1214对准时，流体可以流入内室1210并从输出管1212流出，从而释放压力。根据与输入管1214对准的孔的尺寸，可以以不同的速率释放流体。
图13是表示本发明的另一种实施方式的阀1300的部分的示意图。阀1300包括具有孔1308的顶板1302和具有多个不同尺寸的孔(例如，1306a、1306b)的底板1304。当顶板1302沿箭头1310的方向转动时，底板1304上的一个或多个孔(例如，1306a、1306b)可以与顶板上的孔1308对准。因此，阀1300也可以用于以不同速率释放流体(例如，房水)。 
使用诸如阀1200和1300的阀可以实现对压力(例如，IOP)的精确控制。另外，阀中的孔(例如：图12中的1216a)可以用于增加阀的流量，还可以用来施加药物。例如，孔(例如，1216a)可以与泵(未示出)相连，该泵可以将药物从植入的药物容器(未示出)输送到身体部分。 
图14是表示根据本发明的各种实施方式的使用具有多种打开状态的阀的压力控制系统118的操作的流程图。在步骤1402，在系统118中设定三个设定值A、B和C，其中，A大于B并且B大于C。在步骤1404，用植入的系统118的传感器206测量身体部分的压力(例如，患者眼睛的前房102中的IOP)。在步骤1406，将该压力测量值发送到控制设备208。在步骤1408，控制设备208将所述测量值与设定值A进行比较。如果压力高于设定值A，在步骤1410使系统的阀202完全打开，允许流体以最大速率排出。否则，控制设备208在步骤1412将测量值与设定值B进行比较。如果压力高于设定值B，在步骤1414使阀202部分(例如50％)打开。否则，控制设备208在步骤1416将测量值与设定值C进行比较。如果压力低于设定值C，在步骤1418使阀202关闭。因此系统118可以在压力落入不同的范围内时以不同速率将流体排出身体部分。 
尽管本发明的实施方式是结合对眼压的监视和控制进行描述的，但本发明的实施方式也可以用于其它应用。例如，本发明的实施方式可以通过将颅骨、脊椎或者内耳中的流体释放到外部排水道或内部通道而用于监视和控制颅内、脊柱内和/或内耳中的压力。本发明的各种实施方式还可以用于控制血流的压力或者用于允许或限 制手术吻合的进行，手术吻合在很多情形下都遭受急性或慢性水肿或者过多或不足(例如，局部缺血)的血流条件的影响。另外，本发明的实施方式可以检测静脉注射管的渗透。例如，可以将压力传感器设置在静脉注射管内。如果压差变小，压力控制系统可以指示由流体被迫进入组织而增加的阻力而不是低阻的静脉通过。 
本发明的实施方式可以与植入的泵结合用于控制药物输送。例如，基于由压力传感器获取的压力测量值，所述系统可以使阀打开以释放保持在内部或外部容器中的药物进入患者体内。另外，可以基于温度、心率、血压或所述系统可以识别的其它流体压力使阀打开。该系统的应用可以包括需要注射硝普钠或其它快速药剂的高血压急险；需要注射控制心律失常或由于心脏疾病引起的血压降低的其他药剂。本发明还可以用于动物、植物的一般应用和/或低压、低流动的环境中需要监视和/或控制压力变化的机械装置。微电子机械系统(MEMS)技术可以用在压力控制系统的各种组件中，包括但不限于药物容器、阀和/或提供计算和控制功能的组件。 
本领域的技术人员通过研究本发明能够理解并达到上面所描述的构思的其它实施方式、延伸和变形。相应地，本发明的各个方面的范围并不由上述的例子和实施方式所限制。本发明的各个方面和整体应当被认为允许在本发明的范围内进行变形和进一步发展。

Claims (13)

1.一种用于控制身体部分中的压力的系统，包括：
可植入的管子，该管子具有第一开口端和第二开口端，所述第一开口端设置在身体部分中；
可植入的阀，该阀与所述管子联接并具有关闭状态和至少一种打开状态；
可植入的第一传感器，该第一传感器被构造用于获取所述身体部分内的压力的至少一个测量值；以及
可植入的控制设备，该控制设备与所述阀和所述传感器联接，并且该控制设备被构造用于接收所述至少一个测量值并基于所述至少一个测量值使所述阀在所述至少一种打开状态和所述关闭状态之间切换；
其中，当所述阀处于所述至少一种打开状态时，由于所述管子的第一开口端和第二开口端之间的压差，所述管子从所述身体部分排出流体，所述压差由所述身体部分中的天然的压力差异产生，并且
其中，所述阀还包括：
具有第一端和第二端的可植入的套筒，其中，所述第一端和第二端都由能够对磁力起反应的材料制成；
位于所述套筒内的可植入的叶片，该叶片具有第一磁端和第二磁端，其中，该叶片的位置确定所述阀是否处于所述至少一种打开状态或所述关闭状态；和
用于确认所述叶片的位置的可植入的第二传感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器包括压阻式换能器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器包括光纤传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀能够通过外部磁体在所述至少一种打开状态和所述关闭状态之间切换。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀包括至少一个电磁体，并且所述控制设备通过使所述至少一个电磁体极化而使所述阀在所述至少一种打开状态和所述关闭状态之间切换。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀包括具有一个或多个孔的转动构件。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制设备包括用于向外部设备发送信号的无线通信模块。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制设备包括用于向外部设备发送信息和从外部设备接收信息的双向无线通信模块。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制设备根据至少一个设定值使所述阀在所述至少一种打开状态和所述关闭状态之间转换，所述至少一个设定值能够由所述外部设备配置。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制设备包括：
电池；和
电磁感应系统，其被构造用于给所述电池再充电。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器还被构造用于获取温度测量值，并且所述控制设备还被构造用于接收该温度测量值并基于所述压力测量值和温度测量值而切换所述阀。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀具有至少两种打开状态，并且在不同的打开状态以不同速率排出身体部分内的流体。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括被构造用于将药物输送到所述身体部分内的可植入的泵。
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