CN110292353A - 一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器 - Google Patents

一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器 Download PDF

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陈良洲
王祥阳
戴江
安宏彬
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    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
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Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，公开了一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，包括角膜接触镜(1)、微纤维管道(2)、以及位于该微纤维管道(2)内的导电液体(3)，其中：微纤维管道(2)镶嵌在角膜接触镜(1)的镜片层内部，该微纤维管道(2)两端分别与两条直径为50微米的铜丝连接；微纤维管道(2)及其内的导电液体(3)构成电阻，并由两条铜丝作为导线引出，该电阻的电阻值受眼压影响，通过检测输出电阻值的变化，即可实现对眼压的实时传感监测。本发明采用通入导电液体的微纤维管构成的电阻传感器来执行眼压检测，能够实现对眼压的24小时实时监测，同时具备灵敏度高、动态范围大、稳定性好和体积小重量轻等优点。

Description

一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，可实现24小时眼压检测。
背景技术
青光眼是世界第一位不可逆性致盲眼病。医学实践查明，眼压升高并非青光眼损害唯一危险因素，病理性的眼压波动在青光眼发生发展中同样扮演重要的角色，而且其表现更为隐匿。因此关注眼压24小时波动情况比仅仅关注眼压绝对值升高更为重要，这一观点已经成为全世界青光眼专家的共识。
目前临床用来监测24小时眼压波动的方法通常采用每间隔2小时测量一次，但这种以12个监测点代替24小时波动全过程的方式不足以全面反映眼压波动的全貌；此外，测量往往需要坐位进行，因此无法获悉患者自然生活状态下的眼压真实情况，如睡眠、运动等。相应地，有必要对24小时眼压检测技术进行更多的研究。
现有技术中的24小时眼压波动检测技术包括利用惠斯通电桥原理的应变片式非侵入式传感器，利用非侵入式的变电感式“LC-谐振传感器”以及利用光纤光栅传感器的有线式眼压传感器等。应变片式非侵入式传感器(参见“Wireless contact lens sensor forintraocular pressure monitoring:assessment on enucleated pig eyes.”,MatteoLeonardi，Arnaud Bertsch，André Mermoud.)基于应变片的原理实现对眼压波动的24小时监测，实现了24小时监测的目标。但进一步的研究表明，1)佩戴的舒适性差；2)传感器的灵敏性和检测精度不够；3)输出的信号不稳定，导致其临床推广受到限制。香港研制的变电感式24小时眼压监测仪(参见“Soft wearable contact lens sensor for continuousintraocular pressure monitoring”,Guo-Zhen Chen,Ion-Seng Chan,Leo K.K.Leung,David C.C.Lam.The Hong Kong University of Science and Technology,Hong Kong.)基于电感变化的原理实现对眼压的24小时测量，但由于其采用金属铜箔作为电感线圈材料，由于铜箔的力学尺度比隐形眼镜材料以及人眼材料大得多，导致其：1)感知单元耦合进隐形眼镜十分困难；2)由于铜箔的弹性模量极大，由眼压波动引起的电感线圈的直径变化非常小，电感变化小，导致传感器灵敏度极低；3)硬质铜箔导致传感器佩戴舒适性非常差，其会影响佩戴区域角膜随眼内变化而来的变形。另外还有中国专利(参见“一种基于光纤光栅的24小时的眼压检测传感器”，CN104473615)，其显示出可采用有线的方式实现眼压的测量，但其需要光纤光栅传感器以及相应的光纤光栅解调仪，两者价格高昂。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，通过结合眼压检测临床应用自身的特点，采用通入导电液体(如液态金属)的微纤维管构成的电阻传感器来执行眼压检测并对其特定结构及其具体设置方式进行设计，当眼球的眼压发生变化时，微纤维管道承受相应的弯曲改变导致电阻的变化，并将相应的电阻值变化经由铜线输出，根据电阻值的变化，由此能够实现对眼压的24小时实时连续监测，同时具备灵敏度高、动态范围大、稳定性好和体积小重量轻等优点。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，包括角膜接触镜(1)、微纤维管道(2)、以及密封于该微纤维管道(2)内的导电液体(3)，其中：
所述角膜接触镜(1)整体呈球冠状，并用于在佩戴时与患者的眼球形状相匹配的进行贴合；
所述微纤维管道(2)镶嵌在所述角膜接触镜(1)的镜片层内部，该微纤维管道(2)整体的两端均位于所述角膜接触镜(1)的圆形边缘上，并在该边缘上分别与两条直径小于等于50微米的铜丝连接；
所述微纤维管道(2)及其内的所述导电液体(3)构成电阻，并由所述两条铜丝作为导线引出，该电阻的电阻值受眼压影响，通过检测由所述两条铜丝输出的电阻值的变化，即可实现对眼压的实时传感监测。
作为本发明的进一步优选，所述微纤维管道(2)包括在所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所在平面上投影呈曲线的曲线段微纤维管道和两条在所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所在平面上投影呈直线段的直线段微纤维管道，所述曲线段微纤维管道和这两条直线段微纤维管道彼此连通形成微纤维管道(2)整体结构；其中，所述曲线段微纤维管道沿与所述角膜接触镜(1)的圆形边缘形状相似的圆形分布，并通过所述两条直线段微纤维管道延伸到所述角膜接触镜(1)的圆形边缘。
作为本发明的进一步优选，所述微纤维管道(2)在所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所在平面上投影呈直线形，并且经过所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所对应的圆心。
作为本发明的进一步优选，所述微纤维管道(2)采用硅橡胶材料，所述导电液体(3)也通过硅橡胶材料密封在所述微纤维管道(2)内。
作为本发明的进一步优选，所述角膜接触镜(1)的规格尺寸被设定为直径12mm～18mm，厚度小于0.4mm，且其材质优选为PDMS。
作为本发明的进一步优选，所述微纤维管道(2)的内径小于等于0.2mm，优选为0.1～0.2mm；外径为0.2～0.3mm。
作为本发明的进一步优选，所述导电液体(3)无毒，具体为室温离子液体、室温等离子液体或室温液态金属。
作为本发明的进一步优选，所述微纤维管道(2)及其内的所述导电液体(3)构成的电阻阻值范围为100mΩ～10MΩ。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，利用微纤维管道及微纤维管道内的导电液体，并将通入液态金属的微纤维管两端引出50微米的铜丝作为交互端口，一起构成一个电阻传感器，并且当眼球的眼压发生变化时，通入液态金属的微纤维管受力变形导致液态金属分布改变，使得构成的电阻值发生改变，通过导线输出反映眼压波动状态的电阻改变信号。角膜接触镜是软性的，而微纤维管道可以采用硅橡胶材质，具备极低的弹性模量。本发明能够根据电阻值的变化，实现眼内压的实时高精度测量，具备灵敏度高、动态范围大、稳定性好、价格低和体积小重量轻等优点。
微纤维管道的分布形状，可根据目标眼球区域的不同来任意调整，通过某一形状分布的微纤维管道能够检测相应眼球区域的眼压。并且，不论形状分布如何，其两端均位于角膜接触镜的圆形边缘上；例如，微纤维管道的主体可被设定为嵌入角膜接触镜以一圈环形或横穿角膜接触镜直径的形式或者其他布置的形式分布，其内部通入导电液体尾部两端从所述微纤维管道引出50微米的铜丝，通过导线输出反映眼压波动状态的电阻改变信号。也就是说，微纤维管可以以一圈环形或横穿接触镜直径的形式或者其他布置形式嵌入其镜片层内部，通入液态金属等导电液体成为一个电阻器件，并且当眼球的眼压发生变化时，其承受相应的弯曲改变导致电阻的变化，并将相应的电阻值变化经由铜线输出，由此实现对眼压的24小时实时监测。
本发明优选将微纤维管道设置成2种特定的形状分布，其中第1种包括在角膜接触镜圆形边缘所在平面上投影呈曲线的曲线段微纤维管道和两条投影呈直线段的直线段微纤维管道，第2种为在角膜接触镜圆形边缘所在平面上投影呈直线形、且经过圆形边缘对应圆心的微纤维管道，由此能够实现对包括角膜中心和近角巩缘等多个兴趣点在内的24小时眼压实时监控。
本发明中的传感器通过有线的方式监测眼压，与无线测量的方式比较，稳定性更好，眼动等对信号的影响更小；与现有技术中光纤光栅传感器的有线方式相比，成本低廉，并且本发明中采用铜丝的有线连线方式，由于铜丝比光纤光栅要小，舒适性较好。本发明所采用的铜丝直径小于等于50微米，对佩戴者的佩戴观感几乎没能影响，能提升佩戴的舒适性。多数的眼压测量传感器都不是完全柔性的，本发明利用导电液体，特别是具有高电导率的液态金属(电阻率可以为ρ＝28×10-8Ω.m-1～29.4×10-8Ω.m-1)通入微通道作为电阻元件，电阻小、功耗小，能够使传感器的柔性和穿戴性更强。同时在简单微管的结构基础上，设置在不同的位置，能够更加容易的测量出眼压特定部位的变化。
综上，本发明由于采用导电液体灌入的微纤维管作为电阻来构建传感器，能够获得价格便宜，灵敏度高、制备方便、便于操作和佩戴舒适等优点；尤其是，通过对微纤维管的形状大小和具体设置方式进行进一步的优选设置，最敏感区形变也不会漏掉，从而更真实、稳定反映眼内压力波动，同时能够测得包括角膜中心、角膜旁中心、近角巩缘等多兴趣点在内的实时数据，因而尤其适用于24小时眼压监测的临床应用。
附图说明
图1是基于本发明得到的一圈环形的形式嵌入镜片层内部的微纤维管结构示意图。
图2是基于本发明得到的一圈环形的形式嵌入镜片层内部的微纤维管结构侧视示意图。
图3是基于本发明得到的横穿接触镜直径眼压检测传感器的微纤维管结构示意图。
图4是基于本发明得到的其他形式分布的微纤维管示意图。
图中各附图标记的含义如下：1为角膜接触镜，2为微纤维管道，3为导电液体，4为铜丝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图3是本发明得到的横穿角接触直径眼压检测传感器的微纤维管结构示意图，图4本发明得到的其他形式分布的微纤维管示意图。如图1所示，该眼压检测传感器主要包括软性的角膜接触镜1、微纤维管道2、通入管道的导电液体3和微纤维管两端引出的铜丝4等组件(导电液体3可以是金属液体或者室温离子液体，导电液体3通入微纤维管道2封装)，共同构成一个电阻器件，由于通入导电液体的不同，电阻器件的阻值范围为100mΩ～10MΩ。通过对这些组件的结构及其设置方式的研究设计，当眼球的眼压发生变化时，其承受相应的弯曲改变导致电阻的变化，并将相应的电阻值变化经由铜线输出，由此实现对眼压的24小时实时监测，相应能够高精度、24小时的全程测量眼压的波动状态，同时显著提高测量数据的全面性、真实性和稳定性，并确保对患者的舒适适用性。
具体而言，角膜接触镜1譬如可采用通过的医用角膜接触镜，它呈球冠状，并用于在佩戴时与患者的眼球形状相匹配地进行贴合，规格尺寸被定为直径12mm～18mm，厚度小于0.4mm，且其材质优选为PDMS。微纤维管2嵌入设置在角膜接触镜1的镜片层内部，不与眼睛直接接触，微纤维管内径优选被设定为小于或者等于0.2mm，外径0.2-0.3mm，采用硅橡胶材料，具备极低的弹性模量。优选的，微纤维管主体可以被设定围绕角接触镜中心点以一圈环形形式嵌入镜片层内部排列，如图1所示，最后在微纤维管首尾两端用50微米铜丝4引出，由于通入微纤维管的导电液体不同，所述构成电阻阻值范围为100mΩ～10MΩ，通过50微米铜丝导线输出反映眼压波动状态的电阻改变信号。
微纤维管的圈数为1圈，它以一圈环形或横穿角接触镜直径的形式或者其他布置形式嵌入角膜接触镜内部(其尾部两端引出铜丝作为测试端)，并且当眼球的眼压发生变化时，角接触膜承受相应的弯曲改变导致电阻的变化，并将相应的电阻变化值经由50微米铜线予以输出。也就是说，当眼球由于眼压变化而产生变形时，角膜接触镜弯曲变形，微纤维管跟随变形，导致微纤维管里面导电液形态产生形变，引起电阻变化，而电阻变化值作为反馈信号通过铜线予以输出。根据电阻值的变化，由此实现对包括角膜中心和近角巩缘等多个兴趣点在内的24小时眼压实时监控。
通过以上构思，上述的角膜接触镜及其附件构成了一种能够输入压力，同时输出反映眼球形变信息的眼压检测传感器；特别是，本发明中对微纤维管的具体设置方式，可以用来测不同的重点部位，并且能够在眼压波动幅度很小的情况下，最敏感地区也不会漏掉，从而更加真实、稳定反映眼内压力波动。
此外，本发明所采用的充满液态金属的微纤维管，对压力的灵敏度高，制作方便，价格便宜，易于操作使用，对人眼伤害较小，因而尤其适用于各类需要24小时实时监测的眼压传感器用途。通入液体金属例如可以为无毒的EGaIn或者Galinstan。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，包括角膜接触镜(1)、微纤维管道(2)、以及密封于该微纤维管道(2)内的导电液体(3)，其中：
所述角膜接触镜(1)整体呈球冠状，并用于在佩戴时与患者的眼球形状相匹配的进行贴合；
所述微纤维管道(2)镶嵌在所述角膜接触镜(1)的镜片层内部，该微纤维管道(2)整体的两端均位于所述角膜接触镜(1)的圆形边缘上，并在该边缘上分别与两条直径小于等于50微米的铜丝连接；
所述微纤维管道(2)及其内的所述导电液体(3)构成电阻，并由所述两条铜丝作为导线引出，该电阻的电阻值受眼压影响，通过检测由所述两条铜丝输出的电阻值的变化，即可实现对眼压的实时传感监测。
2.如权利要求1所述基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，所述微纤维管道(2)包括在所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所在平面上投影呈曲线的曲线段微纤维管道和两条在所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所在平面上投影呈直线段的直线段微纤维管道，所述曲线段微纤维管道和这两条直线段微纤维管道彼此连通形成微纤维管道(2)整体结构；其中，所述曲线段微纤维管道沿与所述角膜接触镜(1)的圆形边缘形状相似的圆形分布，并通过所述两条直线段微纤维管道延伸到所述角膜接触镜(1)的圆形边缘。
3.如权利要求1所述基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，所述微纤维管道(2)在所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所在平面上投影呈直线形，并且经过所述角膜接触镜(1)的圆形边缘所对应的圆心。
4.如权利要求1所述基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，所述微纤维管道(2)采用硅橡胶材料，所述导电液体(3)也通过硅橡胶材料密封在所述微纤维管道(2)内。
5.如权利要求1所述基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，所述角膜接触镜(1)的规格尺寸被设定为直径12mm～18mm，厚度小于0.4mm，且其材质优选为PDMS。
6.如权利要求1所述基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，所述微纤维管道(2)的内径小于等于0.2mm，优选为0.1～0.2mm；外径为0.2～0.3mm。
7.如权利要求1所述基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，所述导电液体(3)无毒，具体为室温离子液体、室温等离子液体或室温液态金属。
8.如权利要求1所述基于微纤维管的电阻式眼压检测传感器，其特征在于，所述微纤维管道(2)及其内的所述导电液体(3)构成的电阻阻值范围为100mΩ～10MΩ。
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