CN102655804B - 带有外部压力补偿的眼内压传感器 - Google Patents

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Abstract

一种眼内压传感器系统具有布置眼前房内的第一压力传感器，以及远离所述第一压力传感器布置的远程压力传感器。所述远程压力传感器测量或接近大气压。来自第一压力传感器和远程压力传感器的读数之差接近眼内压。

Description

带有外部压力补偿的眼内压传感器
本申请要求于2009年9月21日提交的美国专利申请序列号12/563,244的优先权。
技术领域
本发明涉及监测眼内压的设备，尤其涉及带有外部压力补偿的可植入压力传感器。
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性失明。
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。这些房水冲洗晶状体110和虹膜130，并且流向位于前房角内的引流系统。周向地围绕眼部延伸的前房角包括允许房水排出的结构。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。此外，连续的IOP数据可被用作支持植入的有源IOP控制系统(例如，用于控制房水流动或递送药物的阀或泵)的反馈机制的一部分。本方面提供了一种IOP测量设备。
发明内容
在与本发明原理相一致的一个实施例中，本发明涉及一种眼内压传感器系统，其具有位于眼前房内或与其流体连通的第一压力传感器，以及远离所述第一压力传感器布置的远程压力传感器。所述远程压力传感器测量或接近大气压。来自第一压力传感器和远程压力传感器的读数之差接近眼内压。
在与本发明原理相一致的另一个实施例中，本发明涉及一种眼内压传感器系统，其具有位于眼前房内的第一压力传感器，以及位于引流位置内的第二压力传感器。来自第一压力传感器和第二压力传感器的读数之差接近前房和引流位置之间的压力差。
在与本发明原理相一致的另一个实施例中，本发明涉及一种眼内压传感器系统，其具有位于引流位置内的第一压力传感器；以及远离所述第一压力传感器布置的远程压力传感器。所述远程压力传感器测量或接近大气压。来自第一压力传感器和远程压力传感器的读数之差接近所述引流位置内的压力。
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一个IOP传感器的图示。
图4是本发明的IOP传感器的一个可能应用的图示。
图5是与本发明原理相一致的IOP传感器的端盖实现。
图6A和6B是与本发明原理相一致的IOP传感器的端盖实现的透视图。
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(可以包括P1、P2和/或P3)、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是定向于设备的控制器。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传送的其他类型的数据包括但不限于：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寻求医疗关注或施用眼药水。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而由此可被实时访问，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测出的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。患者随后被警报并寻求医疗关注。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读取光学信号。在此情况下，数据传输模块225可以具有光学接收器，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。
图3是根据本发明原理的一个IOP传感器的图示。在图3中，IOP传感器由三个压力传感器P1、P2和P3，引流管430，阀420，以及分隔器350组成。压力传感器P1布置在前房340内，或与前房340流体连通；压力传感器P2布置于结膜下空间内的引流部位；而压力传感器P3则位于远离P1和P2布置。压力传感器P1还可以布置在与前房流体连通的管腔或管内。由此，压力传感器P1测量前房内的压力；压力传感器P2测量引流部位处的压力；而压力传感器P3通常测量大气压或对应于大气压。
在图3中，管430将房水从眼前房340引出。阀420控制通过管430的房水流动。压力传感器P1测量管430内来自下游阀420的压力以及来自上游前房340的压力。以此方式，压力传感器P1测量前房340内的压力。真正的前房压和由P1在位于前房下游的管时(甚至是位于巩膜和结膜之间时)所测得的压力之间的预期测量偏差极小。例如，用于管流的泊肃叶定律预测在水以3微升/分钟的流速通过0.300毫米内径的5毫米长管时产生0.01mmHg的压降。
分隔器350将压力传感器P2与压力传感器P3分隔开。压力传感器P2位于引流部位处(例如，图4中的410)。由此，压力传感器P2位于通常包含房水的袋内——这通常是一个湿润的位置。压力传感器P3通过分隔器350与压力传感器P2物理分开。分隔器350是将P2的湿润位置与P3的干燥位置分开的物理结构。在本发明的系统位于单基底的情况下，分隔器350被包括。在该配置中，所有三个压力传感器(P1、P2和P3)都位于包括管430、阀420、分隔器350和所述系统的其他部件的基底上。
在本发明的一个实施例中，压力传感器P3极为接近眼部放置。压力传感器P3可以在结膜下被植入眼内。在此情况下，压力传感器P3测量的是可以与大气压相关的压力。例如，真正的大气压是压力传感器P3的压力读数的函数。P3还可以放置在结膜下空间的干燥部分内，与引流位置分开。不考虑位置，压力传感器P3旨在测量眼部附近或眼表面处的大气压。
一般地，IOP是计示压力读数——眼内绝对压力(由P1测得)和大气压(由P3测得)之差。大气压(典型地约760mmHg)，通常有10mmHg或更大幅度的变化。例如，大气压会在患者游泳、远足等的时候显著变化。因为IOP典型地在约15mmHg的范围内，所以大气压的这种变化是显著的。于是，对于IOP的24小时监测，期望具有针对前房(由P1测得)和眼部附近大气压(由P3测得)的压力读数。
因此，在本发明的一个实施例中，压力读数由P1和P3在时间上同时或几乎同时地获取，由此就能够计算实际IOP(作为P1-P3或者Pl-f(P3))。P1和P3的压力读数可由处理器215存储在存储器220中。这些读数随后可从存储器中读取，由此医师就能够解释相对于时间的实际IOP。
压力传感器P1、P2和P3可以是适于植入眼内的任何类型的压力传感器。它们可以是相同类型的压力传感器，或者可以是不同类型的压力传感器。例如，压力传感器P1和P2可以是相同类型的压力传感器(植入眼内)，而压力传感器P3可以是不同类型的压力传感器(在眼部附近)。
在本发明的另一个实施例中，由压力传感器P1和P2获取的压力读数可用于控制将房水引出前房340的设备。图4是利用压力传感器P1和P2的读数的本发明IOP传感器的一个可能实现的图示。在图4中，压力传感器P1测量眼前房340内的压力。压力传感器P2测量引流部位处的压力。
业已开发出各种设备以将房水引出前房340，由此对青光眼进行控制。这些设备中的大部分是将房水从前房340分流至引流位置410的管的各种变体。例如，业已开发出的管将房水从前房340分流至结膜下空间由此形成结膜下的泡(bleb)或分流至巩膜下空间由此形成巩膜下的泡。(注意到，泡是在结膜或巩膜下形成的流体袋状物)。其他的管设计将房水从前房分流至脉络膜上空间、睫状体上空间、葡萄膜旁空间、或分流至脉络膜。在其他应用中，管将房水从前房分流至Schlemm管、Schlemm管内的集合管、或者类似巩膜上静脉的各种不同血管中的任何血管。一些管甚至将房水从前房分流至结膜之外。最后，在某些应用中，完全不使用管。例如，在小梁切除术(或其他类型的滤过程序)中，造出从结膜下或巩膜下空间到前房的小洞。以此方式，房水从前房引出，通过该洞，流至结膜或巩膜下的泡。房水被分流至的这些不同解剖学位置中的每一个位置都是引流位置410的一个示例。
在图4中，一端上有阀420的管430其一端位于前房340内，另一端位于引流位置410内。以此方式，管430将房水从前房340引至引流位置410。阀420控制房水从前房340到引流位置410的流动。压力传感器P1位于前房内，或与前房340流体连通。如图3的实施例中所示，压力传感器P1位于阀420上游。以此方式，压力传感器P1位于结膜下空间内，但与前房340流体连通。
因为压力传感器P1测量前房340内的压力，而压力传感器P2测量引流位置410处的压力，所以由这两个压力传感器获取的读数之差(P1-P2)提供了前房340和引流位置410之间的压力差的指示。在一个实施例中，该压力差指明了从前房340到引流位置410的房水流速。
将前房340分流至引流位置410的滤过手术所涉及的一个并发症是张力过低——会导致严重后果的IOP的危险下降。期望控制从前房340外流到引流位置410的房水流速，由此防止张力过低。可以使用来自压力传感器P1和压力传感器P2的读数，以通过控制阀420来控制通过管430的流速。例如，可以基于来自压力传感器P1和压力传感器P2的压力读数来控制阀420。
在本发明的另一个实施例中，可以通过控制阀420来控制IOP(基于来自压力传感器P1和压力传感器P3的读数)。以此方式，IOP是控制参数。阀420可被调节以维持特定的IOP(例如，15mmHg的IOP)。相比于日间，阀420可以在夜里打开的更多，从而用以维持特定的IOP。在其他实施例中，可以对IOP降进行控制。紧接在滤过手术之后，IOP会剧烈下降。可以基于来自压力传感器P1和P3的读数来调节阀420，以允许IOP的梯度降低。
在本发明的另一个实施例中，可以使用来自压力传感器P3的读数(或者来自压力传感器P2的压力和由P3测得的大气压之差)来控制阀420，由此控制泡的形态学。与滤过手术相关联的一个问题是泡失败。泡会由于形成不佳或纤维化而失败。泡内压力是确定泡形态学的一个因素。过大的压力会导致泡迁移至不期望的位置，或者会导致纤维化。可以通过使用来自压力传感器P2(在引流位置410处——在此情况下，在泡处)的读数来控制泡的压力。在本发明的一个实施例中，泡内压力(由P2测得)和大气压(由P3测得)之差可被用于控制阀420，由此维持期望的泡压力。以此方式，本发明的IOP压力传感器还可被用于恰当维持泡。
阀420可由微处理器215或合适的PID控制器来控制。可以通过控制阀420的操作来维持期望的压力差(对应于期望的流速)。类似地，可以通过控制阀420的操作来控制期望的IOP、IOP改变速率、或是泡压力。
虽然阀420被描绘为阀，但是它可以是计量、限制或允许房水从前房340流至引流位置410的各种不同的流速控制结构中的任意结构。此外，阀420可以位于管430内或是沿着管430的任何位置。
最后，存在针对本发明IOP传感器的许多其他的类似用途。例如，可以使用各种压力读数来确定管430是否在某些不期望的情况下被闭塞或阻塞。由此，能够对引流装置的失效进行检测。在将前房340分流至引流位置410的自清洁管腔中，可以基于P1、P2和/或P3的压力读数来清除不期望的阻塞物。
图5是与本发明原理相一致的IOP传感器的端盖实现。在图5中，压力传感器P1和P3被集成在端盖510中。端盖510适配在管430中，由此形成不漏流体的密封。管430的一端驻留在前房340内，而管430的另一端(端盖510所在的一端)则位于前房340之外。典型地，管430的一端驻留在前房340内，而管430的另一端则驻留在结膜下空间内。以此方式，压力传感器P1与前房340流体连通。因为在前房340和与前房340流体接触的管430内部之间几乎不存在压力差，所以压力传感器测量的是前房340内的压力。压力传感器P3位于前房340外部，可以测量大气压或者可以与大气压相关。
典型地，管430位于眼内以将前房340桥接至结膜下空间，如在青光眼滤过手术中一样。在此情况下，P3驻留在结膜下空间内。在此配置中，P3测量的压力是极接近于大气压的，或者可以是通过使用简单函数而与大气压相关的。因为栓塞510为管430提供不漏流体的密封，所以压力传感器P3与压力传感器P1隔离开。因此，精确的IOP读数可被获取为P1和P3的压力读数之差(P1-P3)。在一个实施例中，单个薄隔膜520驻留在传感器封装内，并且一侧(管侧)暴露于P1而另一侧(隔离侧)暴露于P3，于是倘若计示读数对应于IOP，则隔膜520上的净压力由传感器记录。
图6A和6B是图5的端盖植入的透视图。在此实施例中，压力传感器P1位于端盖510的一端，以使其可以位于管430的内部。压力传感器P3位于端盖510的另一端，以使其可以位于管430的外部。隔膜(520)将P1与P3分隔开。以此方式，压力传感器P1与压力传感器P3相隔离。虽然压力传感器P1和P3被描绘为位于端盖510内的隔膜520的相对表面上，但是它们也可以与端盖510集成以位于便于压力测量的任何适当位置上。
由上可知，本发明提供了一种用于测量IOP的系统。本发明提供带有外部压力补偿的IOP传感器。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 (15)

1.一种压力控制的青光眼引流装置，包括：
与眼前房流体连通地布置的第一压力传感器；
位于引流位置内的第二压力传感器，该第二压力传感器测量引流位置内的压力；
定位为一端在眼前房内并且另一端在引流位置内的管，该管具有用于控制通过该管的流速的阀；以及
远离所述第一压力传感器布置的远程压力传感器，由此该远程压力传感器测量或接近大气压；
其中来自第一压力传感器和远程压力传感器的读数之差接近眼内压，来自第二压力传感器和远程压力传感器的读数之差接近引流位置内的压力；并且
阀能够被基于所接近的眼内压和所接近的引流位置内的压力来控制。
2.如权利要求1所述的青光眼引流装置，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。
3.如权利要求2所述的青光眼引流装置，其中所述处理器将对应于眼内压的值写入存储器。
4.如权利要求2所述的青光眼引流装置，其中所述处理器将对应于第二压力传感器与远程压力传感器之间的压力差的值写入存储器。
5.如权利要求2所述的青光眼引流装置，还包括：
耦合至所述处理器的数据传输模块。
6.如权利要求1所述的青光眼引流装置，其中所述远程压力传感器位于眼结膜下空间内。
7.如权利要求1所述的青光眼引流装置，还包括：
将所述第一压力传感器与所述远程压力传感器分隔开的隔离物。
8.如权利要求7所述的青光眼引流装置，其中，所述装置被配置为能够植入眼中。
9.如权利要求1所述的青光眼引流装置，还包括：
适配在所述管的一端的端盖，其中所述第一压力传感器位于所述端盖的第一端，而所述远程压力传感器则位于所述端盖的第二端。
10.如权利要求1所述的青光眼引流装置，其中通过控制所述阀维持眼内基本恒定的眼内压。
11.如权利要求1所述的青光眼引流装置，其中通过控制所述阀维持基本恒定的眼内压降。
12.如权利要求1所述的青光眼引流装置，其中所述阀被控制以使得实现期望的眼内压和引流位置内的压力。
13.如权利要求1所述的青光眼引流装置，其中所述引流位置位于结膜或巩膜下方，并且阀被控制以使得维持并调节期望的引流位置内的压力。
14.如权利要求1所述的青光眼引流装置，还包括连接到处理器的扬声器，扬声器在存在不安全的眼内压时发出警告声。
15.如权利要求1所述的青光眼引流装置，其中第一压力传感器在阀的眼前房侧与管流体连通，并且第二压力传感器在阀的引流位置侧与管流体连通。
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