CN102413758A - 眼内压传感器 - Google Patents
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Abstract
一种可植入的眼内压传感器系统具有密封的几何形状体，该密封的几何形状体具有处于第一值的内部压力。应变仪配线嵌入到所述密封的几何形状体的表面中。当该表面因眼内压而偏斜时，应变仪配线的测量到的电阻指示眼内压。该系统还具有耦合到电源和存储器的处理器。该处理器配置成读取测量到的电阻，并把与眼内压相对应的值写到存储器。
Description
技术领域
本发明涉及用于监视眼内压的设备，尤其涉及可植入的压力传感器。
背景技术
青光眼作为一组影响视网膜和视神经的眼睛疾病成为世界范围内导致失明的一个主要原因。当长期眼内压(IOP)增大到高于正常的压力时，导致青光眼。IOP会由于房水产生与房水排出的不平衡而增加。如果不治疗，升高的IOP就会对视神经和视网膜纤维造成不可逆的损伤，从而导致视力累进的、永久的丧失。
眼睛的睫状体上皮持续地产生房水，即一种充满眼睛的前房(角膜与虹膜之间的空间)的清澈液体。房水通过葡萄膜巩膜(uveoscleral)通道(这是一种复杂的排出系统)流出前房。房水产生与排出之间精密的平衡确定了眼睛的IOP。
开角(也称为慢性开角或者原发性开角)是青光眼最常见的类型。对于这种类型，尽管眼睛的前部结构看起来正常，但是房水在前房内形成，使得IOP变高。如果不治疗，这可能导致视神经和视网膜的永久性损伤。通常开滴眼剂来降低眼内压。在有些情况下，如果IOP不能利用药物治疗得到适当地控制，就进行外科手术。
只有大约10％的人患急性闭角型青光眼。急性闭角是由于眼睛前面的结构的异常而导致的。在大多数此类情况下，虹膜和角膜之间的空间比正常情况下窄，从而供房水流过的通道较小。如果房水的流动被完全阻塞，则IOP急剧上升，造成突然的闭角发作。
继发性青光眼是由于眼睛内的其他疾病或者问题而导致的，例如：发炎、外伤、之前的外科手术、糖尿病、肿瘤及某些药物治疗。对于这种类型，青光眼和根本的问题都必须治疗。
图1是帮助解释青光眼的过程的眼睛前部的图。在图1中，绘出了晶状体110、角膜120、虹膜130、睫状体140、小梁网150和巩膜静脉窦(Schlemm′s canal)160的图示。在解剖学上，眼睛的前房包括造成青光眼的结构。房水是由位于前房中虹膜130之下并与晶状体110相邻的睫状体140产生的。这种房水冲刷晶状体110和虹膜130，并且流到位于前房角部(angle)中的排出系统。绕眼睛周边延伸的前房的角部包含允许房水排出的结构。第一个结构，而且是青光眼中最常牵涉到的一个结构，是小梁网150。小梁网150在角部中绕前房周边延伸。小梁网150看起来充当过滤器，限制房水的流出并提供产生IOP的背压。巩膜静脉窦160位于超出小梁网150的位置。巩膜静脉窦160具有允许房水流出前房的收集器通道。图1的前房中的两个箭头示出了房水从睫状体140、在晶状体110之上、在虹膜130之上、通过小梁网150并流入巩膜静脉窦160及其收集器通道。
在青光眼患者中，IOP可能在24小时期间变化很大。总的来说，IOP在清晨醒来之后进行药物治疗之前最高。较高的压力损伤视神经并且会导致失明。因此，期望随时间测量IOP，以便评估各种治疗方法的功效。本发明提供了一种IOP测量设备。
发明内容
在根据本发明原理的一种实施方式中，本发明是一种可植入的眼内压传感器系统，该眼内压传感器系统具有密封的几何形状体，其中所述密封的几何形状体具有处于第一值的内部压力。应变仪配线嵌入到该密封的几何形状体的表面中。当该表面偏斜(deflect)时，测量到的应变仪配线的电阻指示眼内压。
在根据本发明原理的另一种实施方式中，本发明是一种可植入的眼内压传感器系统，该眼内压传感器系统具有密封的几何形状体，其中所述密封的几何形状体具有处于第一值的内部压力。应变仪配线嵌入到该密封的几何形状体的表面中。当该表面由于眼内压而偏斜时，测量到的应变仪配线的电阻指示眼内压。该系统还具有耦合到电源和存储器的处理器。该处理器配置成读取测量到的电阻并且把与眼内压相对应的值写到存储器中。
应当理解，前面的总体描述和以下的具体描述都仅仅是示例性和解释性的，而且是要提供对所保护的发明的进一步解释。以下描述及本发明的实践阐述并暗示了本发明的附加优点和目的。
附图说明
结合到本说明书中并构成其一部分的附图例示了本发明的几种实施方式，并且与说明书一起来解释本发明的原理。
图1是眼睛的前面部分的图。
图2是根据本发明原理的IOP测量系统的框图。
图3是根据本发明原理的IOP传感器的立体图。
图4是根据本发明原理的IOP传感器的顶视图。
图5图示了根据本发明原理的应变仪配线。
图6是根据本发明原理的IOP传感器的顶视图。
具体实施方式
现在具体参考本发明的示例实施方式，其例子在附图中例示。在任何可能的地方，在全部附图中采用相同的附图标号来指示相同或类似的部分。
图2是根据本发明原理的IOP测量系统200的框图。在图2中，IOP测量系统包括电源205、IOP传感器210、处理器215、存储器220、数据发送模块225和可选的扬声器230。
电源205一般是充电电池，例如锂离子或者锂聚合物电池，但是也可以采用其它类型的电池。此外，任何其它类型的蓄电池也适用于电源205。电源205向系统200，尤其是向处理器215，提供电力。电源可以经RFID链路或者其它类型的磁耦合充电。
处理器215一般是能够执行逻辑功能的、具有电源、输入和输出引脚的集成电路。在各种实施方式中，处理器215是有针对性的设备控制器。在这种情况下，处理器215执行针对特定设备或者部件(例如，数据发送模块225、扬声器230、电源205或者存储器220)的特定控制功能。在其它实施方式中，处理器215是微处理器。在这种情况下，处理器215是可编程的，使得它可以用来控制设备的多于一个部件。在其它情况下，处理器215不是可编程的微处理器，而是配置成控制执行不同功能的不同部件的专用控制器。
存储器220一般是诸如NAND闪速存储器的半导体存储器。由于半导体存储器的尺寸非常小而且系统200的存储器需求也小，因此存储器220占用系统200非常小的面积。存储器220与处理器215接口连接。如此，处理器215可以写到存储器220并从其读取。例如，处理器215可以配置成从IOP传感器210读取数据，并把该数据写到存储器220。以这种方式，一系列IOP读数可以存储到存储器220中。处理器215还能够执行其它的基本存储器功能，例如擦除或者重写存储器220、检查存储器220什么时候满，及与管理半导体存储器相关联的其它常见功能。
数据发送模块225可以采用多种不同类型数据发送中的任何一种。例如，数据发送模块225可以是诸如无线电设备的有源设备。数据发送模块225还可以是诸如RFID标签上的天线的无源设备。在这种情况下，RFID标签包括存储器220和天线形式的数据发送模块225。于是，RFID读取器可以放到系统200附近，以把数据写到存储器220或者从其读取数据。由于通常存储在存储器220中的数据量可能很小(包括一段时间内的IOP读数)，因此传输数据的速度不是至关重要的。可以存储到存储器220中并由数据发送模块225发送的其它类型的数据包括但不限于电源数据(例如，低电量、电池缺陷)、扬声器数据(警告音、语音)、IOP传感器数据(IOP读数、问题条件)，等等。
当危险情况存在时，可选的扬声器230向患者提供警告音或者语音。例如，如果IOP处于有可能导致损伤或者对患者构成威胁的水平，那么扬声器230就可以发出警告音，以提醒患者寻求医疗照顾或者点滴眼剂。处理器215从IOP传感器210读取IOP测量结果。如果处理器215读到了一个或者一系列高于阈值的IOP测量结果，则处理器215可以操作扬声器230发出警告。阈值可以被设置并存储在存储器220中。以这种方式，IOP阈值可以由医生来设置，而且当被超过时，可以发出警告。
作为替代，数据发送模块可以被激活，以向诸如PDA、手机、计算机、腕表、专用于此的定制设备、可远程访问的数据存储点(例如，互联网服务器、电子邮件服务器、文本消息服务器)或者其它电子设备的辅助设备传送升高的IOP状况。在一种实施方式中，个人电子设备把数据上载到可远程访问的数据存储点(例如，互联网服务器、电子邮件服务器、文本消息服务器)。信息可以上载到可远程访问的数据存储点，使得其可以被例如医务人员实时查看。在这种情况下，辅助设备可以包含扬声器230。例如，在医院环境中，在患者接受青光眼外科手术并且已经植入了系统200之后，辅助设备可以紧靠患者的病床放置。由于青光眼外科手术之后IOP波动(高侧和低侧都有，低侧也是危险的情况)是普遍的，因此处理器215可以读取由植入的IOP传感器210获得的IOP测量结果。如果处理器215读到了不安全的IOP状况，数据发送模块225就可以经扬声器230或者通过把这种不安全的读数发送到辅助设备来提醒患者和医务人员。
这种系统还适于在医院环境之外使用。例如，如果存在不安全的IOP状况，则处理器215可以操作扬声器230发出听得见的警告。然后，警告患者，而且患者可以寻求医疗照顾。可以通过多种方式由专业医务人员关闭警告。例如，当数据发送模块225是RFID标签时，可以在外部设备和系统200之间建立RFID链路。这种外部设备可以与系统200通信，以关闭扬声器230。作为替代，光信号可以被系统200读取。在这种情况下，数据发送模块225具有可以接收代表命令的一系列光脉冲的光感受器，其中的命令例如是关闭扬声器230的命令。
系统200优选地是处于小的、可植入的一体包中。如此，系统200的所有部件都可以通过多种不同处理中的任何一种构建在诸如半导体晶片的衬底上。
图3是根据本发明原理的IOP传感器的立体图。在图3中，IOP传感器210是顶面305中嵌入了应变仪配线310的密封立方体。引线315允许获得对应于IOP的测量结果。密封立方体具有大约0磅/平方英寸(psig)或者通常说成是大气压(尽管也可以使用其它压力，但在这里作为例子使用0psig)的内部压力。当IOP传感器210暴露于眼睛的房水时，顶面305向内偏斜，因为眼睛的房水处于大约1/3psig。换句话说，当放到眼睛中时，在立方体内和立方体外之间有小的压力差。由于立方体内的压力小于立方体外的压力，因此顶面305向内偏斜。于是，嵌入的应变仪配线310被拉伸。当应变仪配线310被拉伸时，其横截面积减小，这造成应变仪配线310的可测量电阻的变化。这种电阻的变化是经引线315测量的。以这种方式，当跨引线315施加电压时，可以测量电流，来计算应变仪配线310的电阻。然后，压力可以关联到电阻，使得电阻测量结果指示IOP的幅值。尽管示出为立方体，但IOP传感器还可以是允许应变仪配线310偏斜的其它几何形状。
IOP传感器210的立方体内的压力是在制造过程中确定的，而且可以是大约0psig。IOP传感器210的立方体可以用诸如氮、氩、六氟化硫等的多种不同气体的任何一种填充。
对于IOP测量结果，校准IOP传感器210通常不是关键性的。在大多数情况下，是IOP中的变化对青光眼患者构成问题。由于应变仪配线310的电阻中的变化可以与IOP的幅值关联，因此可以容易地检测IOP中的变化。总的来说，随时间取得的一系列电阻测量结果对应于IOP随时间的相对幅值。对IOP更精确的校准可以在医生的办公室进行，例如，通过以传统的方式测量IOP并且把该测量结果关联到应变仪配线310的测量出的电阻。
IOP传感器210可以经多种不同方法中的任何一种制造。例如，在基于MEMS的方法中，IOP传感器210是按层构建的。以这种方式，淀积生物相容、柔性、电绝缘材料的层，来构建IOP传感器210。当淀积顶面305时，将应变仪配线310嵌入到顶面305中。也可以采用其它的气相淀积方法，例如半导体工业中所使用的那些。
图4是根据本发明原理的IOP传感器的顶视图。在图4中，应变仪配线310嵌入到立方体的顶面305中。引线315电耦合到应变仪配线310。尽管示出为直的一段线，但应变仪配线310也可以假定为任何配置。例如，应变仪配线310可以是盘绕的、弯曲的、成圈的或者假定是顶面305上的图案。当顶面305向内偏斜时，应变仪配线310的长度改变，导致可测量的电阻变化。
图5图示了根据本发明原理的应变仪配线。在图5中，应变仪配线310处于偏斜位置。箭头表示IOP传感器210上的外部压力。由于外部压力总是大于内部压力，因此应变仪配线310将总是处于某种偏斜状态。
图6是根据本发明原理的IOP传感器的顶视图。在图6中，应变仪配线310位于顶面305中的轨道或者槽605中。这种轨道或者槽605有助于制造IOP传感器210。由于，取决于所使用的制造处理的类型，在顶面305中嵌入应变仪配线310可能很难，因此可以在顶面305中制造轨道或者槽605，而且应变仪配线310随后可以放到该轨道或者槽605中。
在本发明的另一种实施方式中，可以一起使用(在图3和4中示出的)IOP传感器210的阵列。在这种配置中，多于一个IOP传感器210连到衬底并然后植入到眼睛中。使用多于一个IOP传感器210允许对IOP的冗余和更准确的测量。随着阵列中IOP传感器210的个数增加，所得的IOP测量结果的统计方差减小(因而准确度增大)。
根据以上所述，可以认识到，本发明提供了测量IOP的系统。本发明提供了IOP传感器及关联的外围设备。本发明在此是作为例子来例示的，而且本领域普通技术人员可以进行各种修改。
根据本说明书的考虑及在此所公开的本发明的实践，本发明的其它实施方式对本领域技术人员将是显然的。本说明书和例子应当仅仅被看作示例性的，本发明的真正范围和主旨是由以下的权利要求书指示的。
Claims (19)
1.一种可植入的眼内压传感器系统，包括：
密封的几何形状体，该密封的几何形状体具有处于第一值的内部压力，该密封的几何形状体具有表面；及
嵌入到所述表面中的应变仪配线；
其中，当所述表面偏斜时，所述应变仪配线的测量到的电阻指示眼内压状况。
2.如权利要求1所述的眼内压传感器系统，还包括：
一对引线，这对引线耦合到所述应变仪配线。
3.如权利要求1所述的眼内压传感器系统，还包括：
处理器；
耦合到所述处理器的电源；及
耦合到所述处理器的存储器；
其中，所述处理器配置成读取所述测量到的电阻。
4.如权利要求3所述的眼内压传感器系统，其中，所述处理器把与眼内压相对应的值写到所述存储器。
5.如权利要求3所述的眼内压传感器系统，还包括：
耦合到所述处理器的数据发送模块。
6.如权利要求5所述的眼内压传感器系统，其中，所述数据发送模块还包括无线电设备。
7.如权利要求5所述的眼内压传感器系统，其中，所述数据发送模块还包括RFID标签。
8.如权利要求7所述的眼内压传感器系统，其中，在RFID链路上从所述存储器传输数据。
9.如权利要求5所述的眼内压传感器系统，其中，所述数据发送模块把数据从所述存储器传输到外部设备。
10.如权利要求3所述的眼内压传感器系统，还包括：
耦合到所述处理器的扬声器，
其中，当眼内压在安全范围之外时，所述扬声器发出警告。
11.如权利要求1所述的眼内压传感器系统，其中，所述密封的几何形状体大体为立方体。
12.一种可植入的眼内压传感器系统，包括：
IOP传感器，包括：
密封的几何形状体，该密封的几何形状体具有处于第一值的内部压力，该密封的几何形状体具有表面；及
嵌入到所述表面中的应变仪配线；
其中，当所述表面因眼内压而偏斜时，所述应变仪配线的测量到的电阻指示眼内压；
处理器；
耦合到所述处理器的电源；及
耦合到所述处理器的存储器；
其中，所述处理器配置成读取所述测量到的电阻，并且把与眼内压相对应的值写到所述存储器。
13.如权利要求12所述的眼内压传感器系统，还包括：
耦合到所述处理器的数据发送模块。
14.如权利要求13所述的眼内压传感器系统，其中，所述数据发送模块还包括无线电设备。
15.如权利要求13所述的眼内压传感器系统，其中，所述数据发送模块还包括RFID标签。
16.如权利要求15所述的眼内压传感器系统，其中，在RFID链路上从所述存储器传输数据。
17.如权利要求13所述的眼内压传感器系统，其中，所述数据发送模块把数据从所述存储器传输到外部设备。
18.如权利要求12所述的眼内压传感器系统，还包括：
耦合到所述处理器的扬声器，
其中，当眼内压在安全范围之外时，所述扬声器发出警告。
19.如权利要求12所述的眼内压传感器系统，其中，所述密封的几何形状体大体为立方体。
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