CN102421353A - 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,包括具有处于第一值的内部压力的密封几何形状。所述密封几何形状具有第一透光表面和第二挠性表面。一对光电元件位于所述密封几何形状内。光挡耦合至所述第二挠性表面。当所述第二挠性表面变形时,所述一对光电元件的光测量值指示眼内压状况。
Description
技术领域
本发明涉及监视眼内压的设备,尤其涉及可植入压力传感器。
背景技术
青光眼(影响视网膜和视神经的一组眼疾病)是在世界范围内致盲的主要原因之一。青光眼是由眼内压(IOP)在较长时间段内升高至高于正常值所导致的。IOP的升高可以归因于眼房水的产生和眼房水的排出之间的不平衡。不加以治疗的升高的IOP会导致视神经和视网膜纤维的不可逆的损害,由此导致进行性的永久失明。
眼部的睫状体上皮持续产生眼房水,即充满眼前房(角膜与虹膜之间的空间)的透明流体。房水通过葡萄膜巩膜通路(复杂引流系统)流出前房。房水的产生和排出之间的巧妙平衡决定了眼部的IOP。
开角(也被称为慢性开角或原发性开角)是最常见的一类青光眼。对于这一类型的青光眼,尽管眼前房的结构看起来正常,但是房水在前房内的生成仍然导致IOP升高。若不加以治疗,这可能会导致视神经和视网膜的永久损害。通常开出眼药水处方用以降低眼压。在某些情况下,如果IOP无法用药物充分控制,则需要进行外科手术。
青光眼患者中仅有约10%罹患的是急性闭角青光眼。急性闭角青光眼由眼前部结构异常引起。在大多数情况下,虹膜和角膜之间的空间变得比正常窄,使得用于房水排出的通道变小。如果房水流动被完全阻碍,那么IOP会急剧升高,导致爆发性闭角发作。
继发性青光眼是由眼内其他疾病或问题引起,诸如:发炎、外伤、在前的外科手术、糖尿病和某些药物。对于这一类型的青光眼,必须对青光眼和潜在问题两者都加以治疗。
图1是眼前部的图示,用于帮助解释青光眼的进程。在图1中,示出了晶状体110、角膜120、虹膜130、睫状体140、小梁网150、和Schlemm管160的表示。解剖学上,眼前房包括引起青光眼的结构。房水由前房内位于虹膜130之下且邻近晶状体110的睫状体140产生。房水洗涤晶状体110和虹膜130并流向位于房角的引流系统。青光眼中最常牵涉到的第一结构是小梁网150。小梁网150在房角内周向地围绕前房延伸。小梁网150看上去用作过滤器,用于限制房水的流出并提供产生IOP的回压。Schlemm管160位于小梁网150之后。Schlemm管160具有允许房水流出前房的集合管。图1前房内的两个箭头示出了房水从晶状体140,经晶状体110、虹膜130,通过小梁网150流入Schlemm管160及其集合管。
青光眼患者的IOP会在24小时的时间段内大幅变化。通常,IOP在患者早上醒来服药前的几个小时内最高。较高的眼压会损害视神经并会导致失明。因此,期望随时间测量IOP以评估各种治疗的效果。本方面提供了一种IOP测量设备。
发明内容
在符合本发明原理的一个实施例中,本发明是一种可植入的眼内压传感器系统,包括具有处于第一值的内部压力的密封几何形状。所述密封几何形状具有第一透光表面和第二挠性表面。一对光电元件位于所述密封几何形状内。光挡耦合至所述第二挠性表面。当所述第二挠性表面变形时,所述一对光电元件的光测量值指示眼内压状况。
在符合本发明原理的一个实施例中,本发明是一种可植入的眼内压传感器系统,包括具有处于第一值的内部压力的密封几何形状。所述密封几何形状具有第一透光表面和第二挠性表面。一对光电元件位于所述密封几何形状内。光挡耦合至所述第二挠性表面。当所述第二挠性表面变形时,所述一对光电元件的光测量值指示眼内压状况。所述系统还包括耦合至电源和存储器的处理器。所述处理器被配置为读取测得的电阻并将对应于眼内压的值写入所述存储器。
应该理解在前的概述和如下的详细描述仅是示例性和说明性的,并且旨在为要求保护的本发明提供进一步的解释。如下描述以及本发明的实现阐明并建议了本发明的额外优点和目的。
附图说明
并入本说明书并作为其一部分的附图例示了本方面的若干实施例,并且连同描述一起用于解释本发明的原理。
图1是眼前部的图示。
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传感器的透视图。
图4是根据本发明原理的IOP传感器的透视图。
具体实施方式
现对本发明的示例性实施例做出详细参考,各实施例的例子在附图中示出。只要可能,相同的参考编号在各附图中被用于指代相同或相似的部分。
图2是根据本发明的原理的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、数据传输模块225和可选扬声器230。
电源205典型地是可再充电电池,诸如锂离子或锂聚合物电池,虽然也可以使用其他类型的电池。此外,任意其他类型的供电单元也适用于电源205。电源205为系统200,尤其为处理器215供电。电源可经由RFID链路或其他类型的磁性耦合进行再充电。
处理器215典型地是带有电源、输入和输出管脚的、能够执行逻辑功能的集成电路。在各个实施例中,处理器215是定向设备控制器。在此情况下,处理器执行定向于特定设备或部件(诸如数据传输模块225、扬声器230、电源205或存储器220)的特定控制功能。在其他实施例中,处理器215是微处理器。在此情况下,处理器215是可编程的,由此能够用于控制设备的一个以上的部件。在其他情况下,处理器是不可编程的微处理器,并且是被配置为控制执行不同功能的不同部件的专用控制器。
存储器220典型地是诸如NAND闪存的半导体存储器。因为半导体存储器的尺寸很小,并且系统200的存储器需要也小,所以存储器220占据系统200很小的一块占地面积。存储器220与处理器215对接。由此,处理器215能够对存储器220进行读写。例如,处理器215可被配置为读取来自IOP传感器210的数据并将该数据写入存储器220。以此方式,可以在存储器220中存储一系列IOP读数。处理器215还能够执行其他基础存储器功能,诸如擦除或盖写存储器220,检测何时存储器220满,以及与管理半导体存储器相关联的其他常规功能。
数据传输模块225可以利用多种不同类型的数据传输中的任意类型。例如,数据传输模块225可以是诸如无线模块的有源设备。数据传输模块225也可以是诸如RFID标签上的天线之类的无源器件。在此情况下,RFID标签包括天线形式的数据传输模块225和存储器220。RFID读取器随后可被放置在系统200附近用以从/向存储器220读/写数据。因为存储在存储器220中的数据量通常会很小(由一段时间内的IOP读数组成),所以数据传输速度并不关键。可被存储在存储器220中并由数据传输模块225传送的数据的其他类型包括但不限于:电源数据(例如,低电池电量、电池故障)、扬声器数据(警告音、语音)、IOP传感器数据(IOP读数、问题状况)等。
可选扬声器230在存在危险状况时向患者提供警告音。例如,如果IOP处于一个可能导致损害或对患者有危险的水平,扬声器230可以发出警告音以警报患者服药或施用眼药水。处理器215读取来自IOP传感器210的IOP测量值。如果处理器读取到一个或者一系列高于阈值的IOP测量值,则处理器215可以操作扬声器230发出警告。所述阈值可以被设置并存储在存储器220内。以此方式,IOP阈值可由医生设置,并且在该阈值被超过时发出警告。
可选地,数据传输模块可被激活以将升高的IOP状况通信至第二设备,诸如PDA、蜂窝电话、计算机、腕表、为此目的特别定制的设备、可远程访问数据存储站点(例如,因特网服务器、邮件服务器、文本消息服务器)、或者其他电子设备。在一个实施例中,个人电子设备将数据上传给可远程访问数据存储站点(例如,因特网服务器、邮件服务器、文本消息服务器)。信息可被上传至可远程访问数据存储站点由此可被实时访问,例如被医护人员。在此情况下,该第二设备可以包含扬声器230。例如,在医院设置中,在一患者经历青光眼手术并被植入系统200之后,可在该患者的病床附近放置第二设备。由于在青光眼手术后常出现IOP波动(过高和过低都是危险状况),处理器215可以读取由植入的IOP传感器210做出的IOP测量值。如果处理器215读取到不安全的IOP状况,数据传输模块225可以经由扬声器230或者通过将不安全读数发送给第二设备来警报患者和医务人员。
这一系统也适于在医院设置外部使用。例如,如果存在不安全的IOP状况,处理器215可以操作扬声器230发出可听警告。患者随后被警报并可以服药。警告可由医护人员以多种方式关闭。例如,在数据传输模块225是RFID标签的情况下,可以在外部设备和系统200之间建立RFID链路。该外部设备可以与系统200通信以关闭扬声器230。作为替换,可由系统200读取一光学信号。在此情况下,数据传输模块225可以具有一个光学接收器,其能够接收表示命令(例如,关闭扬声器230的指令)的一系列光脉冲。
系统200优选地位于一个小型可植入集成包装内。由此,可将系统200的全部部件内建在一个可由多种不同工艺中的任意工艺制成的基板(例如,半导体晶元)上。
图3是根据本发明原理的一个IOP传感器的透视图。在图3中,IOP传感器210是带有两个光电元件325和330、顶表面310、侧面315、光挡320和可选光源305的密封立方体。IOP传感器的顶表面310允许光进入该立方体(例如,该表面是透明的或半透明的,即透光表面)。光电元件325和330检测进入立方体的光量。光挡320至少部分的阻挡由光电元件330检测到的光。光挡320固定至侧面315。侧面315是挠性的。因此,随着侧面315响应于压力变化而移动,由光挡320阻挡的光量变化,由此光电元件330检测到的光量也变化。侧面315可以比立方体的其他侧面、顶310和底要薄,由此使得侧面315更为挠性。顶310、底、和其他侧面(侧面315除外)可以是刚性的或挠性的。提供将在如下描述的可选光源305。作为替换,IOP传感器可以使用进入眼部的环境光。虽然被描述为立方体,但是IOP传感器210也可以是允许侧面315变形并移动所附光挡320的其他几何形状。
IOP传感器210立方体内的压力在制造工艺期间确定,并且可以是约0psig。IOP传感器210立方体可以充满多种不同气体中的任意气体,诸如氮气、氩气、六氟化硫等。当内部压力为0psig时,侧面315会易于向内变形,因为眼内压力高于0psig(如图4所示)。
图3所示的光电元件325和330的配置允许比较待由光电元件325和光电元件330检测到的光。因为光电元件325未被光挡320遮挡,所以光电元件325检测到通过顶表面310进入的“满量”的光。因为光电元件330被光挡320遮挡,所以光电元件330检测到的光要少于通过顶表面310进入的“满量”的光。因此,由光电元件325和330测得光量之间的比较就可被用于确定侧面315经历的变形量。外部压力越高,侧面315的变形就越大,并且光电元件330测得的光量就越少。因此,由光电元件330测得的光量指示了外部压力(IOP)的量。使用两个光电元件(325和330)使得IOP传感器210能够在(由于环境光状况改变导致的)不同光照状况下工作。
对于IOP测量值,IOP传感器210的校准通常并不关键。因为由光电元件330检测到的光量的改变可以与IOP的量值相关,因此能够轻易地检测出IOP的改变。通常,随时间获得的一系列光测量值与随时间的IOP相对量值相关。更为精确的IOP校准可以在医生办公室内进行,例如通过以传统形式测量IOP并将该测量值与由光电元件325和330测得的光量相关。
可选光源305典型地是LED。光源305可以被安装和集成在IOP传感器210的顶表面310之上。作为替换,IOP传感器210可以依赖于环境光(并且不存在光源305)。在另一个实施例中,使用眼外光源。例如,可以将光源附着至手持压力读取器和/或与IOP传感器210接口的充电设备。以此方式,可以使用(能被校准的)外部光源以方便压力读取。
IOP传感器210可由多种不同的方法中的任意方法制造。例如,在一种基于MEMS的方法中,IOP传感器210被内建在多个层内。以此方式,沉积多层生物兼容材料以构造IOP传感器210。也可以利用其他蒸气沉积方法,诸如在半导体工业中使用的那些方法。
图4是根据本发明原理的一个IOP传感器的透视图。在图4中,IOP传感器210的侧面315向内变形。因此,光挡320也向内变形以部分遮挡到达光电元件330的光。在此情况下,内部压力小于外部压力。压力差决定了光挡320移动了多远距离以及光电元件320检测可多少光。换句话说,光挡320行进的距离取决于内外压力之差。而光挡320行进的距离则决定了光电元件330检测到的光量。因此,由光电元件330检测到的光量(相比于由光电元件325检测到的光量)指示内外压力之差。这一光读数可被用于确定IOP的改变。
在本发明的另一个实施例中,可以一并使用IOP传感器210(例如,如图3和4中所示)的阵列。在此配置中,一个以上的IOP传感器210被附于基板并在随后被植入眼内。使用一个以上的IOP传感器210允许对IOP的冗余和更精确测量。随着阵列中IOP传感器210数量的增加,作为结果得到的IOP测量值的统计方差降低(并由此精确度提高)。在另一个实施例中,可以连同单个光源使用多对光检测器以实现冗余。
由上可知,本发明提供了一种测量IOP的系统。本发明提供IOP传感器和关联的周边设备。在此例示了本发明并且本领域普通技术人员能够对其做出各种修改。
本发明的其他实施例对于考虑了说明书并实现了本发明公开的本领域技术人员而言是显而易见的。说明书和示例仅旨在被理解为示例性的,并且本发明的真正范围和精神由所附权利要求指示。
Claims (19)
1.一种可植入的眼内压传感器系统,包括:
具有处于第一值的内部压力的密封几何形状,所述密封几何形状具有第一透光表面和第二挠性表面;
位于所述密封几何形状内的一对光电元件;以及
耦合至所述第二挠性表面的光挡;
其中当所述第二挠性表面变形时,所述一对光电元件的光测量值指示眼内压状况。
2.如权利要求1所述的眼内压传感器系统,还包括:
被放置为使得光入射至所述第一透光表面的光源。
3.如权利要求1所述的眼内压传感器系统,还包括:
处理器;
耦合至所述处理器的电源;以及
耦合至所述处理器的存储器;
其中所述处理器被配置为读取测得的电阻。
4.如权利要求3所述的眼内压传感器系统,其中所述处理器将对应于眼内压状况的值写入所述存储器。
5.如权利要求3所述的眼内压传感器系统,还包括:
耦合至所述处理器的数据传输模块。
6.如权利要求5所述的眼内压传感器系统,所述数据传输模块还包括无线模块。
7.如权利要求5所述的眼内压传感器系统,所述数据传输模块还包括RFID标签。
8.如权利要求7所述的眼内压传感器系统,经RFID链路从所述存储器传送数据。
9.如权利要求5所述的眼内压传感器系统,所述数据传输模块将数据从所述存储器传送至外部设备。
10.如权利要求3所述的眼内压传感器系统,还包括:
耦合至所述处理器的扬声器;
其中所述扬声器在眼内压处于安全范围之外时发出警告。
11.如权利要求1所述的眼内压传感器系统,其中所述密封几何形状大致为立方体。
12.一种可植入的眼内压传感器系统,包括:
IOP传感器,包括
具有处于第一值的内部压力的密封几何形状,所述密封几何形状具有第一透光表面和第二挠性表面;
位于所述密封几何形状内的一对光电元件;
耦合至所述第二挠性表面的光挡;
其中当所述第二挠性表面变形时,所述一对光电元件的光测量值指示眼内压状况。
处理器;
耦合至所述处理器的电源;以及
耦合至所述处理器的存储器;
其中所述处理器被配置为读取测得的电阻并将对应于眼内压的值写入所述存储器。
13.如权利要求12所述的眼内压传感器系统,还包括:
耦合至所述处理器的数据传输模块。
14.如权利要求13所述的眼内压传感器系统,所述数据传输模块还包括无线模块。
15.如权利要求13所述的眼内压传感器系统,所述数据传输模块还包括RFID标签。
16.如权利要求15所述的眼内压传感器系统,经RFID链路从所述存储器传送数据。
17.如权利要求13所述的眼内压传感器系统,所述数据传输模块将数据从所述存储器传送至外部设备。
18.如权利要求12所述的眼内压传感器系统,还包括:
耦合至所述处理器的扬声器;
其中所述扬声器在眼内压处于安全范围之外时发出警告。
19.如权利要求1所述的眼内压传感器系统,其中所述密封几何形状大致为立方体。
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Application publication date: 20120418 |