CN106859591A - 微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片及眼压检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片，该芯片微创植入在巩膜层间，用于检测巩膜层间压力，以及将检测结果通过无线射频方式向外发送，该芯片包括：用于无线射频信号通讯的信号接收/发射单元、用于信号的整流滤波‑传感器驱动‑压力结果测量以及调制的信号处理单元、及能够检测巩膜层间压力的压力传感单元；该芯片测量精准，同时避免角膜接触测量装置佩戴复杂、精确度不高和长时间佩戴对角膜上皮损伤的问题，并且通过无线模块将信号传输到外部，随时随地可进行眼压测量，实现了真正意义上的长时间的眼压检测。

Description

微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片及眼压检测系统

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，尤其涉及一种微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片及一种眼压检测系统。

背景技术

眼内压是指眼球内容物作用于眼球壁及内容物之间相互作用的压力，正常人眼内压值范围为10～21mmHg，以维持眼球的正常形态，同时保证了屈光间质发挥最大的光学效能。当眼内压超过人体所能耐受的最高水平时，会造成视神经损害、视野缺损及视力下降等一系列视功能损伤，导致眼疾病如青光眼的发生。青光眼作为全球第二位导致视力丧失的眼病，其临床表现主要为眼内压升高，可导致视神经缓慢的不可逆性损伤，在青光眼早期，眼内压存在波动且不稳定，可能一天之内仅有数小时眼压升高，很难被发现，因此，眼内压的24小时实时监测对于及时发现眼内压升高和指导青光眼的诊断和防治就显得尤为重要，与此同时，对于重度青光眼患者而言，能够实时了解自己的眼内压情况也有助于眼科医师对青光眼的检测与治疗。

目前眼压的检测方法主要有指测法和眼压计测量法，其中，指测法较为粗略，并需要检查者有丰富的临床检测经验，眼压计测量法更加直观、精确，但是又存在使用时需要专业知识的限制。因此操作简易、测量精确、能够实时监测的眼压装置就显得迫在眉睫。

现在广泛使用的眼压计大多是通过测量IOP来进行诊断和控制，普遍的测量方法是Goldmann压平眼压测量法，缺点在于无法进行实时监测。

专利U.S.6994672和U.S.7169106公开了根据以上技术来进行眼压测量的设备，使用该设备的测量是非连续性的。U.S.7169106公开了一种隐形眼镜，该隐形眼镜与眼睛接触的内表面设有传感器，该传感器包括被制作成阻抗元件的内部区域和外部区域，由于眼球压力作用，外部区域中包含的外部压平器能够改变形状并作用在内部区域，使其改变形状，进而改变阻抗，进行眼压测量。

此外，专利申请WO2003001991公开了一种隐形眼镜，该隐形眼镜能够将眼球形变与IOP改变相关联，其在典型的7.8mm半径中按照人眼角膜约3μm的曲率改变来间接地测量IOP，其IOP测量系统包括例如由硅酮制成的隐形眼镜以及附着于所述隐形眼镜的有效应变测量器，其特征在于，有效张力测量器为圆弧，并位于外部区域上且围绕隐形眼镜的C中心。该测量系统加入了去除噪声的信号滤波器，尤其是去除了如角膜厚度、硬度和散光度影响测量精度且难以控制的因素。

意法半导体于2010研制出一款内嵌于隐形眼镜的独特传感器，利用一个嵌入式微型应变计连续在一段时间内(通常为24小时)监测眼睛的曲率。但此款产品由于敏感元件的精度不高，需要在隐形眼镜中嵌入芯片来放大信号、降低噪声，因此，此款产品结构复杂且成本较高。

值得注意的是，在所述国际专利申请中使用的是聚酰亚胺-硅酮的疏水材料，由于与眼球接触，这会导致与眼球的液体表面相关的其它问题的出现。

综上所述，至今公开的眼压测量系统仅通过测量IOP的变化，并不包括被认为是绝对压力传感器的直接测量传感器。

发明内容

本发明旨在提供一种微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片及应用该芯片的眼压检测系统，其中，该芯片测量精度高，同时避免了角膜接触测量装置佩戴复杂、精度不高、长时间佩戴对角膜上皮损伤的问题，并且通过无线模块将信号传输到外部，随时随地可对眼压进行测量，实现了真正意义上的长时间眼压检测。

本发明的技术方案中提供了一种微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片，该芯片微创植入在巩膜层间，用于检测巩膜层间压力，以及将检测结果通过无线射频方式向外发送。

具体而言，该芯片包括：用于无线射频信号通讯的信号接收/发射单元、用于接收信号的整流滤波-传感器驱动-压力测量以及发射信号调制的信号处理单元、及能够检测巩膜层间压力的压力传感单元；该信号接收/发射单元与信号处理单元连接，信号处理单元与压力传感单元连接；

其中，所述信号接收/发射单元为一种RF射频装置，信号处理单元负责芯片内信号的传输以及处理过程，包括接收信号的整流滤波-传感器驱动-压力测量以及发射信号调制。

优选地，所述压力传感单元为一种电阻或电容式薄膜绝对压力测量传感器。

优选地，所述压力传感单元数量为1个或多个，当布置多个压力传感单元时，其在芯片中位置均匀分布，并且，每个压力传感单元与信号处理单元均为独立连接，独立测量。

优选地，所述信号处理单元包括：电源模块、测量驱动模块、测量模块和信号调制模块；其中，信号接收/发射单元连接电源模块、电源模块连接测量驱动模块，测量驱动模块连接压力传感单元，压力传感单元输出端连接测量模块，测量模块连接信号调制模块，然后连接信号接收/发射单元。

本发明的实施方式还提供了一种眼压检测系统，包括便携设备和上文提及的芯片，该便携设备包括：RF模块、测量信号解码模块、中央单片机、LED屏幕、蓝牙/WiFi模块；所述RF模块与测量信号解码模块连接，测量信号解码模块与中央单片机连接，中央单片机分别与LED屏幕和蓝牙/WiFi模块连接，所述RF模块与眼压监测芯片中信号接收/发射单元配对使用，通过无线射频方式进行电能和数据传输，在发送电能时便携设备RF模块采用功率发射模式，而在接受眼压信号时采用无线通讯模式。

优选地，该眼压检测系统还包括用户端，所述用户端依托移动设备，通过与便携设备的蓝牙/WiFi模块无线连接来进行数据的传输。

本发明的技术方案可以包括以下有益效果：

1.本发明的眼压实时监测芯片内部设有绝对压力传感器，并且该芯片通过微创手术植入在巩膜内，由于巩膜内压力能够反映眼压，由此，该芯片能够通过检测巩膜内压力进而检测眼压，同时由于压力传感器的检测灵敏性，该芯片提高了眼压测量的灵敏度，简化了眼压测量过程；

2.本发明的眼压实时监测芯片内部设有信号接收/发射单元，其能够通过无线通讯方式与外界设备进行信号的传输，并且芯片内部不设储能模块，通过外部功率信号对芯片激活以及供能，减小了芯片体积，能够实现舒适的巩膜内植入，同时，通过无线通讯，能够构建一个检测系统，使患者不必去医院就可以进行眼压监测，并可将数据实时传递给相关眼科医生，适用于青光眼等患者的眼压监测。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明眼压实时监测芯片的处理流程图。

图2为本发明眼压实时监测芯片的结构示意图。

图3为本发明眼压实时监测芯片的放置位置示意图。

图4为图3中A-A方向的剖面图。

图5为本发明实施方式中便携设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本申请的第一实施方式涉及一种微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片，用于检测巩膜层间压力，以及将检测结果通过无线射频方式向外发送，如图1所示，该芯片的工作处理流程可以包括如下步骤：

步骤101、通过电磁感应的方式接收电磁波的无线功率信号；

步骤102、无线功率信号经过整流滤波变化为直流或交流的驱动电源；

步骤103、驱动电源驱动压力传感器及测量电路工作；

步骤104、压力传感器测眼压，将压力值转化为电信号；

步骤105、电信号的测量得到结果信号；

步骤106、将结果信号调制成无线数据信号；

步骤107、发送无线数据信号。

图1中所示的流程可以由能够实现其功能的设备或模块进行实施，例如该眼压监测芯片可以包括信号接收/发射单元201、信号处理单元202及压力传感单元203，具体结构如图2所示，该信号接收/发射单元201与信号处理单元202连接，信号处理单元202与压力传感单元203连接；该信号接收/发射单元201用以完成上述步骤101、107，信号处理单元202用以完成上述步骤102、103、105及106，压力传感单元203用以完成上述步骤104。

信号接收/发射单元201为一种RF射频装置，采用电磁感应的方式能够完成无线功率信号的接收以及测量结果的射频发射，该无线功率信号及测量结果通常以电磁波的形式存在，电磁波作用在该信号接收/发射单元上能够引起感应电压/电流，用以激活芯片的工作。

信号处理单元202整体上能够处理芯片内信号的传输以及处理过程，信号处理单元202是由若干模块构成，包括：电源模块501、测量驱动模块502、测量模块503和信号调制模块504；如图2为具体结构示意图，信号接收/发射单元201依次连接电源模块501、测量驱动模块502，然后连接压力传感单元203，压力传感单元203依次连接测量模块503和信号调制模块504，然后连接信号接收/发射单元201。

当信号接收/发射单元201接收电磁波信号后，由于该电磁波信号为交变电压/电流，需通过电源模块501经过整流滤波变化为测量电路所需的直流电，在直流电的驱动下，驱动测量驱动模块502对压力传感单元203进行加载，同时由测量模块503对压力传感单元203上的测量值进行测量，比如电阻或电容值；随后，在信号调制模块504中将测量获得的模拟信号转化为符合信号接收/发射单元201发送要求的数字信号，最终通过信号接收/发射单元201将眼压的数字信号进行发送。

具体而言，在本实施方式中，该眼压实时监测芯片内不设储能模块，平时处于非工作状态。当需要进行眼压测量时，可以通过外部设备上的RF模块向该芯片发射具有一定功率的射频电磁波，该芯片的信号接收/发射单元201能够通过电磁感应的方式激发感应电压/电流，以此激活芯片并进入工作状态，并且，同样地，测量结果能够通过芯片的信号接收/发射单元201发送至外部接收设备。

本实施方式所涉及的眼压实时监测芯片是通过手术微创植入眼睛的巩膜内，如图3、图4所示，该芯片位于角膜后上方的巩膜内，并沿巩膜的1/2层厚切向放置。在眼睛巩膜上的压力分布沿其厚度方向变化，在巩膜内侧脉络膜处为真实的玻璃体内眼压，而在巩膜外侧压力为外界大气压，因此在巩膜内由内到外的压力是由真实眼压逐步降低到外界大气压。本领域医务工作者能够明白，在理想的情况下，可以根据巩膜上由内到外的压力分布规律以及眼内芯片在巩膜内的放置深度来推算眼内压力；实际情况下，由于手术误差以及巩膜几何形貌和组织结构的不均匀性会引起测量误差，因而需要在测量前，采用其他测量方式对芯片的测量结果进行标定，以修正上述因素造成的测量误差。

在微创植入本实施方式所涉及的眼压实时监测芯片时，通常采用弯曲的矩形刀片从巩膜的左右方向以圆周形式切入巩膜，形成一个隧道状的具有圆弧截面的切口，具体如图4所示。此外，如手术方案允许，可尽量采用不贯通的切口，眼内芯片从单侧切口推入即可，眼内芯片植入后，可对巩膜上切口进行缝合，以促进巩膜愈合。

在本实施方式中，该压力传感单元203为绝对压力传感器，比如可以是一种电阻或电容式薄膜绝对压力测量传感器，其能够测量上下巩膜对传感器正、反面的挤压，并将该挤压的物理值转化为电信号，从而获得眼压的测量值，由结构力学理论可知，压力传感器植入巩膜的深度(即巩膜沿圆周方向分层剥离后上下巩膜厚度比)对所测量的眼压值存在影响，因此在使用中，需要对测量值进行标定，以消除巩膜差异、手术误差等造成的测量误差。

本领域内的技术人员应明白，本实施方式涉及的芯片采用薄膜器件或印刷电路的方式实现，能够减小芯片封装的厚度，可以更方便的植入巩膜内，并且，芯片的封装采用生物相容性好的高聚物材料制作，能够将所有元器件封装在封装材料内，隔离外界湿、盐环境，并将内部元器件的位置固定，避免元器件之间的相对移动；此外，封装材料具有一定的力学性能，确保眼内芯片能够长时间使用，且不对周围的巩膜组织造成二次损伤。

本发明的第二实施方式涉及一种微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片，第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步优化，主要优化之处在于：在本发明的第二实施方式中，在芯片面积许可的情况下可布置超过1个的压力传感单元203，当布置多个压力传感单元203时，其在芯片中位置均匀分布，以测量更大面积上的压力分布情况并减小可能的外界干扰带来的测量误差；并且，其中每个压力传感单元203均独立连接至测量驱动模块502和测量模块503，独立测量，以取其平均的电信号，该平均的电信号能够更准确的表征在芯片所处位置处巩膜对传感器的压力值，进而能够更精确地表征眼压，以提高测量精度。

本发明的第三实施方式涉及一种眼压检测系统，包括上述各个实施方式所涉及的芯片及便携设备，在该实施方式中，如图5所示，该便携设备包括：RF模块601、测量信号解码模块602、中央单片机603、LED屏幕604、蓝牙/WiFi模块605；该RF模块601与测量信号解码模块602连接，测量信号解码模块602与中央单片机603连接，中央单片机603分别与LED屏幕604和蓝牙/WiFi模块605连接。

结合图5，在本实施方式中，该便携设备主要完成三项工作：为上述实施方式中所述的芯片供能并激活其工作程序、接收芯片的测量信息并在便携设备的LED屏幕604上显示单次测量结果、以及向其它设备上传输数据。

在本实施方式中，各个模块的作用如下：

RF模块601：便携设备的RF模块与眼压监测芯片中信号接收/发射单元201配对使用，便携设备的RF模块向眼压监测芯片的信号接收/发射单元201发送电能，并接收来自于眼压监测芯片发送的测量结果，在发送电能时便携设备RF模块采用功率发射模式(高功率)，而在接受眼压信号时采用无线通讯模式(低功率)。

测量信号解码模块602：该解码模块将眼压数字信号的脉冲序列从射频载波中提取出来，并发送给中央单片机。

中央单片机603：中央单片机从通讯端口接受来自于测量信号解码模块602的眼压值报文(脉冲序列)。

LED屏幕604：由中央单片机控制，显示本次的眼压测量结果。

蓝牙/WiFi模块605：蓝牙/WiFi模块有中央单片机控制，将本次测量结果发送到其它设备。

综上，具体来说，本实施方式中的便携设备为有源设备，可以通过电池或电源适配器对其供电；工作时，由中央单片机603控制RF模块601向上述眼压监测芯片发射带有一定功率的电磁波，将电能传送到眼压监测芯片上并激活其测量过程，眼内芯片完成测量后将眼压信号通过信号接收/发射单元201发送回便携设备的RF模块601上；便携设备RF模块601接受到眼压监测芯片发送的信号后，由测量信号解码模块602对接受到的信号进行解码，即从射频信号中提取眼压值的数字报文，随后将该报文(脉冲序列)发送到中央单片机603，中央单片机603接收该眼压报文后将结果显示到便携设备的LED屏幕604上；在有其它设备连接的情况下，也可以将测量结果通过便携设备的蓝牙或WiFi模块605上传到其它设备。

因此在本实施方式中，该便携设备能够具有多种工作模式：

1)单次测量模式：便携设备对眼内芯片在短时间内多次激活，测量眼压值并取得平均值，以提高测量精度。

2)夜间自动测量模式：在需要持续测量眼压值时，设定一定的时间间隔，便携设备自动在该时间间隔上执行单次测量，以获得持续的眼压测量。

3)校准模式：通过其他传统方式对眼压进行测量，同时采用本系统对眼压进行测量，并将其他方式测量的眼压输入便携设备，对系统进行校准。

本发明的第四实施方式涉及一种眼压检测系统，第四实施方式在第三实施方式的基础上作了进一步改进，在于：该眼压检测系统还包括用户端，该用户端依托手机等移动设备，通过与上述实施方式便携设备的蓝牙/WiFi模块605无线连接来进行数据的传输，由于该用户端依托手机硬件及系统平台，因此仅开发应用软件平台，在本实施方式中，具体而言，该用户端软件平台的开发可以分为以下层次：

1)底层硬件驱动：蓝牙/WiFi硬件的驱动程序。

2)基础软件平台及数据存储、显示：基础的可视化软件平台，实现历史测量数据的存储、查看，以及对便携设备工作模式的设定等。

3)本地专家系统：整合临床经验和数据，开发本地的专家系统，对眼压进行分析并向客户提出相关建议。

4)在线的远程医疗服务及实时报警服务：客户端软件通过手机网络和社区、医院服务终端进行通信。客户可以通过软件平台对相关事项进行咨询。此外，当便携设备测试到不正常眼压后，可通过客户端自动向远程服务终端(如医院、社区服务站等)进行报警。

综上所述，本领域技术人员能够明白，在本实施方式中，该眼压检测系统构建了一种面向用户的完整解决方案，包括一次眼内芯片的植入手术、便携设备和客户端应用软件，具体而言：

该眼压监测芯片植入手术：用户需进行一次眼内芯片植入手术，并经过一定时间的恢复期。待周围组织术后炎性反应及肿胀消除后，即可开始测量眼压。

便携设备：便携设备拥有一个小巧的手持外壳，在单次测量时，用手持便携设备并按下测量按钮进行测量；在自动测量模式下，将便携设备设置到自动模式并放置在用户附近，比如卧床边床头柜上，并对准芯片方向即可。

用户端软件：用户下载并在手机上安装用户端软件，完成便携设备的模式设定、校准工作，并查看历史眼压信息、并查看相关医疗信息。在测量后，如检测到异常危险眼压，用户端可通过手机通讯网络自动向社区或医院报警。

以上所述仅为本发明的较佳方式，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微创植入式巩膜层间眼压实时监测芯片，其特征在于，该芯片微创植入在巩膜层间，用于检测巩膜层间压力，以及将检测结果通过无线射频方式向外发送。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片包括：用于无线射频信号通讯的信号接收/发射单元、用于信号的整流滤波-传感器驱动-压力结果测量以及发射信号调制的信号处理单元、及能够检测巩膜层间压力的压力传感单元；所述信号接收/发射单元与信号处理单元连接，信号处理单元与压力传感单元连接；

其中，信号接收/发射单元为一种RF射频装置，信号处理单元负责芯片内信号的传输以及处理过程，包括接收功率信号的整流滤波、传感器驱动、压力测量以及发射信号调制。

3.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，该压力传感单元为一种电阻或电容式薄膜绝对压力测量传感器。

4.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，该压力传感单元数量为1个或多个，当布置多个压力传感单元时，其在芯片中位置均匀分布，并且，每个压力传感单元均与信号处理单元独立连接，独立测量。

5.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，该信号处理单元包括：电源模块、测量驱动模块、测量模块和信号调制模块；其中，信号接收/发射单元连接电源模块，电源模块连接测量驱动模块，电源模块连接压力传感单元，压力传感单元信号输出端连接测量模块，测量模块连接信号调制模块，信号调制模块连接信号接收/发射单元。

6.一种眼压检测系统，其特征在于，包括权利要求1至5中任意一项所述的芯片；

所述眼压检测系统还包括便携设备，该便携设备包括：RF模块、测量信号解码模块、中央单片机、LED屏幕、蓝牙/WiFi模块；

该RF模块与测量信号解码模块连接，测量信号解码模块与中央单片机连接，中央单片机分别与LED屏幕和蓝牙/WiFi模块连接，所述RF模块与眼压监测芯片中信号接收/发射单元配对使用，通过无线射频方式进行电能和数据传输，在发送电能时便携设备RF模块采用功率发射模式，而在接受眼压信号时采用无线通讯模式。

7.根据权利要求6所述的眼压检测系统，其特征在于，所述眼压检测系统还包括用户端，所述用户端依托移动设备，通过与便携设备的蓝牙/WiFi模块无线连接来进行数据的传输，并通过移动设备与外部服务网络相连，接受其在线服务。