本文來自：國際眼科時訊
隨著醫(yī)學(xué)微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得人體芯片植入從夢想成為現(xiàn)實，其目的之一是監(jiān)測人體的身體指標情況。
微電子無線眼壓監(jiān)測技術(shù)
目前測量眼壓的方法主要包括Goldmann壓平眼壓計、非接觸式眼壓計和手持式眼壓計，其中Goldmann壓平眼壓是眼壓測量的金標準，但是受時間、患者配合程度等的限制。
患者的眼壓在1天之內(nèi)是波動的，峰值一般出現(xiàn)在夜間。據(jù)報道，青光眼患者中有時臥位眼壓比直立體位時高出8 mm Hg。因此僅根據(jù)就診時測量的一次數(shù)據(jù)很難估測出實際眼壓值，而臨床又需要依據(jù)患者的實際眼壓情況指導(dǎo)青光眼的治療。進而人們嘗試通過無線眼壓測量技術(shù)連續(xù)監(jiān)測眼壓的變化，其主要分為侵入式和非侵入式兩類（圖1）。
圖1. 無線眼壓測量技術(shù)
角膜接觸鏡式眼壓監(jiān)測器（非侵入式）
1995年，Hjortdal等證實摘除的人眼球眼壓波動1 mm Hg時中央角膜曲率改變3μm。角膜接觸鏡式無線眼壓監(jiān)測器就是根據(jù)該原理將微型應(yīng)變計嵌入隱形眼鏡片中，可以連續(xù)在一段時間內(nèi)測量角膜曲率變化，轉(zhuǎn)化成眼壓數(shù)值。隱形鏡片還內(nèi)嵌天線、微型專用處理電路和向接收器發(fā)送測量數(shù)據(jù)的射頻發(fā)射器，這些內(nèi)嵌組件在鏡片上進行巧妙的布局，就不會干擾病患的視野（圖2）。瑞士Sensimed AG公司設(shè)計研制出的一款此類產(chǎn)品命名為SENSIMED Triggerfish?，目前在歐洲已經(jīng)開始銷售，同時準備進入美國、日本市場。此款為軟性硅膠角膜接觸鏡，直徑為14.1 mm，在24小時內(nèi)可以對患者進行86688次測量。隱形鏡片由眼科醫(yī)生給病患裝配，當病患次日復(fù)診時，眼科醫(yī)生卸下眼鏡和接收器，即可讀出在過去24小時內(nèi)記錄的完整的眼壓變化數(shù)據(jù)，操作時無需表面麻醉，佩戴者也表現(xiàn)出良好的耐受性。一些存在無法準確測量角膜曲率的角膜病變、嚴重干眼的病例是此款眼壓監(jiān)測器的禁忌證。但是由于沒有明確的標準衡量角膜曲率與眼壓變化之間的聯(lián)系，該眼壓監(jiān)測器的準確性尚有待進一步研究。
圖2. 角膜接觸鏡式無線眼壓監(jiān)測器
非侵入式有以下四種：
1、引流閥植入物式眼壓監(jiān)測器
引流閥植入物式眼壓監(jiān)測器（Glaucoma drainage implants, GDI）包括引流閥、眼壓傳感器以及無線信息傳輸系統(tǒng)，在行小梁切除術(shù)時可以進行植入。但由于GDI體積較大，相當于一個人工晶狀體大小，無法進行眼內(nèi)植入，因此目前僅有相關(guān)的動物實驗報道，并且缺少理論支持證明GDI與前房壓力差、眼壓的聯(lián)系。
2、脈絡(luò)膜植入物式眼壓監(jiān)測器脈絡(luò)膜植入物式眼壓監(jiān)測器是通過脈絡(luò)膜植入一枚金屬探針，監(jiān)測眼壓與回聲頻率的變化聯(lián)系，2013年Chitnis針對該植入物分別進行了離體實驗、動物實驗、體內(nèi)試驗。離體實驗證明眼壓與回聲頻率存在直線相關(guān)性，但目前沒有相關(guān)人體試驗報道。
3、虹膜植入物式眼壓監(jiān)測器
虹膜植入物式眼壓監(jiān)測器體積為1mm3，在進行白內(nèi)障手術(shù)植入人工晶狀體的同時可植入固定在虹膜上。這種監(jiān)測器通過每天1.5小時光照即可補充傳感器電能，可以每15分鐘進行1次眼壓測量，共可保存500~1000次的測量數(shù)據(jù)，通過體外裝置進行數(shù)據(jù)收集，但目前尚缺少相關(guān)動物實驗報道。
4、人工晶狀體式眼壓監(jiān)測器Svedbergh在1992年首次報道將眼壓傳感器與人工晶狀體整合，在患者進行白內(nèi)障手術(shù)的同時植入眼內(nèi)，實時監(jiān)測患者眼內(nèi)壓的變化。采用Collins在1967年提出的氣泡螺旋電路系統(tǒng)，將眼壓傳感器縮小并植入到人工晶狀體襻中（圖3）。利用外置的探測器，檢測由眼壓改變引起的電路共振頻率。內(nèi)置的眼壓傳感器大小為2mm2，厚度為0.6 mm，重量為6 mg，在離體實驗中，可達到20次/秒的測量頻率，誤差在1~2 mm Hg。
圖3. 人工晶狀體式眼壓監(jiān)測器
2000年，Walter將現(xiàn)代的微芯片技術(shù)融入到人工晶狀體無線眼壓測量中。他用硅膠對眼壓傳感器進行包裹處理，使其產(chǎn)生良好的生物組織相容性，并開展了活體相關(guān)實驗。由數(shù)組平行排列的環(huán)狀壓力敏感物組成的電容式壓力感應(yīng)器，外面由硅膠包裹，根據(jù)測量眼壓范圍調(diào)整環(huán)狀物的直徑及組數(shù)，壓力電子信號被加強并轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)性脈沖信號，為降噪提高準確性。內(nèi)置的遙感勘測器利用高頻磁性耦合，收集眼壓感應(yīng)器的相關(guān)信號，并傳遞給外置的接收器，頻率在133 kHz。外置的遙感勘測器收集內(nèi)置遙感勘測器發(fā)射的能量和信號，通過數(shù)據(jù)線與電腦連接。最后由電腦記錄、收集、分析眼壓信號。
進一步人們不禁開始思考，在活體試驗中，眼壓傳感器的信號變換器是否能正常工作？眼壓測量的準確性和這種新型的人工晶狀體的遠期效果，以及這種新型的人工晶狀體在人體內(nèi)是否有效等都是值得關(guān)注的問題。隨后，Walter分別在豬眼、兔眼上進行了無線眼壓測量技術(shù)的活體實驗。實驗中通過前房內(nèi)插管調(diào)整灌注壓高度，來得到不同的眼內(nèi)壓。通過比較眼壓傳感器與氣動眼壓計分別測得的數(shù)值，觀察眼壓傳感器在活體中測量的準確性。由于眼壓傳感器直徑約18 mm，無法植入到囊袋內(nèi)，未進行長期觀察。眼內(nèi)壓傳感器與氣動眼壓計測得的短期數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，r分別為0.99和0.98，說明眼壓傳感器在動物眼中可以準確有效地測量眼壓。
不同類型的人工晶狀體式眼壓監(jiān)測器
無線眼壓測量在人工晶狀體的應(yīng)用中不斷發(fā)展，Hille將眼壓傳感器中硅膠芯片（包括感應(yīng)器、負責(zé)能量和信號的傳輸遙感勘測組件）設(shè)計成1 μm厚度并植入到人工晶狀體中。這種眼壓傳感器適合在白內(nèi)障手術(shù)或人工角膜手術(shù)的同時植入到眼內(nèi)。
另外一種壓力感應(yīng)式的人工晶狀體式無線眼壓監(jiān)測器，其壓力感應(yīng)器由密閉的液流管道組成，一端與房水相通，另一端連接氣室，利用智能手機的特殊軟件記錄人工晶狀體上液體內(nèi)界面位置，以觀察眼壓與氣室內(nèi)氣體壓力的平衡情況，從而計算眼壓變化數(shù)值（圖4）。當眼壓改變4 mm Hg時，可觀察到眼壓感應(yīng)器里的液流基線發(fā)生200 μm的位置改變。根據(jù)植入前的數(shù)據(jù)計算相關(guān)曲線，并記錄植入后一個相關(guān)指示點，通過計算得到的眼壓數(shù)值與患者的實際眼壓值有很高的重復(fù)率，誤差平均在±0.5 mm Hg之內(nèi)，但目前僅有豬眼實驗相關(guān)報道。
圖4. 液流管道結(jié)合氣室型設(shè)計的人工晶狀體式眼壓監(jiān)測器
2014年Samir Melki報道了新型的可以植入到人工晶狀體與虹膜之間的眼壓傳感器。經(jīng)硅膠處理后，它的最大直徑為11.3 mm，內(nèi)徑為7 mm。在臨床試驗階段隨訪18個月中，患者未出現(xiàn)持續(xù)眼內(nèi)炎癥、房角變窄等副作用。眼壓傳感器與Goldmann壓平眼壓計測得的數(shù)據(jù)有很好的一致性。
人工晶狀體式眼壓監(jiān)測器的優(yōu)勢
嵌入人工晶狀體的眼壓監(jiān)測器可以24小時連續(xù)監(jiān)測眼壓，不受時間、環(huán)境限制。通過該技術(shù)可以了解眼壓控制的實際情況，指導(dǎo)臨床治療，也為研究青光眼的發(fā)病機制提供了有力的資料。這種眼壓監(jiān)測器可以在行白內(nèi)障手術(shù)的同時植入到眼內(nèi)，不需要額外手術(shù)操作，而利用硅膠對眼壓傳感器進行處理后，生物組織相容性更佳。在保證測量準確的前提下，縮小眼壓傳感器體積可以更加適應(yīng)臨床應(yīng)用和推廣，可折疊式設(shè)計可以適應(yīng)目前的小切口白內(nèi)障手術(shù)，減少了手術(shù)相關(guān)的副作用。只是目前絕大多數(shù)研究僅停留在動物實驗中，缺少臨床相關(guān)試驗，及遠期效果觀察。
醫(yī)學(xué)微電子技術(shù)應(yīng)用難點
醫(yī)學(xué)微電子技術(shù)的前景令人振奮，但是還存在幾大應(yīng)用難點。（1）能源問題：由于體內(nèi)裝置無法像體外那樣方便地更換能源，所以必須為植入人體的人體芯片提供一種真正的持續(xù)能源或者有效的蓄電裝置。（2）信號問題：為了保持良好的信號傳輸，芯片必須有足夠的靈敏度，而植入人體內(nèi)部的芯片必須要達到這個要求。（3）裝置的小型化問題：未來的人體芯片系統(tǒng)至少需要一個集合了各種功能的人體芯片，包括監(jiān)測體溫、心跳、人體生化指標以及各種緊急情況等。
人體芯片的未來
人體芯片的應(yīng)用前景將十分廣闊，傳感器勘測技術(shù)可以應(yīng)用到測量血壓、腦脊液壓力等多方面，可以實現(xiàn)人體健康狀況的實時監(jiān)測，并可及時將情況報告醫(yī)院等救護單位，還可以監(jiān)視體內(nèi)移植器官的工作情況等。當視網(wǎng)膜中的神經(jīng)組織受到微型硅芯片刺激時，被植入芯片者就有可能看見光亮點、昏暗的輪廓，甚至英文字母的形狀，傳說中的“電子眼”可能借助人體芯片技術(shù)得以實現(xiàn)。芯片仿真人體器官則將是更具無限潛力的未來技術(shù)，在微型芯片上人工排列人體活細胞，使其模擬完整器官的功能和結(jié)構(gòu)，就是所謂的“芯片仿真人體器官系統(tǒng)”（organ-on-a-chip systems）。在未來的某一天，這個系統(tǒng)也許會代替動物試驗，同時減少人體試驗所需要的步驟和時間。Nature News雜志的報道稱，這種充滿未來主義風(fēng)格的愿景，正在慢慢變成現(xiàn)實。
更多新聞?wù)堻c擊：http://db6686.com/news/
