人工晶状体芯片在眼压测量中的发展与应用
随着医学微电子技术的迅猛发展，使得人体芯片植入从梦想成为现实，其目的之一是监测人体的身体指标情况。
微电子无线眼压监测技术
目前测量眼压的方法主要包括Goldmann压平眼压计、非接触式眼压计和手持式眼压计，其中Goldmann压平眼压是眼压测量的金标准，但是受时间、患者配合程度等的限制。
患者的眼压在1天之内是波动的，峰值一般出现在夜间。据报道，青光眼患者中有时卧位眼压比直立体位时高出8mmHg。因此仅根据就诊时测量的一次数据很难估测出实际眼压值，而临床又需要依据患者的实际眼压情况指导青光眼的治疗。进而人们尝试通过无线眼压测量技术连续监测眼压的变化，其主要分为侵入式和非侵入式两类（图1）。
图1.无线眼压测量技术
角膜接触镜式眼压监测器（非侵入式）
年，Hjortdal等证实摘除的人眼球眼压波动1mmHg时中央角膜曲率改变3μm。角膜接触镜式无线眼压监测器就是根据该原理将微型应变计嵌入隐形眼镜片中，可以连续在一段时间内测量角膜曲率变化，转化成眼压数值。隐形镜片还内嵌天线、微型专用处理电路和向接收器发送测量数据的射频发射器，这些内嵌组件在镜片上进行巧妙的布局，就不会干扰病患的视野（图2）。瑞士SensimedAG公司设计研制出的一款此类产品命名为SENSIMEDTriggerfish?，目前在欧洲已经开始销售，同时准备进入美国、日本市场。此款为软性硅胶角膜接触镜，直径为14.1mm，在24小时内可以对患者进行次测量。隐形镜片由眼科医生给病患装配，当病患次日复诊时，眼科医生卸下眼镜和接收器，即可读出在过去24小时内记录的完整的眼压变化数据，操作时无需表面麻醉，佩戴者也表现出良好的耐受性。一些存在无法准确测量角膜曲率的角膜病变、严重干眼的病例是此款眼压监测器的禁忌证。但是由于没有明确的标准衡量角膜曲率与眼压变化之间的联系，该眼压监测器的准确性尚有待进一步研究。
图2.角膜接触镜式无线眼压监测器
非侵入式有以下四种：1引流阀植入物式眼压监测器引流阀植入物式眼压监测器（Glau 脉络膜植入物式眼压监测器是通过脉络膜植入一枚金属探针，监测眼压与回声频率的变化联系，年Chitnis针对该植入物分别进行了离体实验、动物实验、体内试验。离体实验证明眼压与回声频率存在直线相关性，但目前没有相关人体试验报道。
3虹膜植入物式眼压监测器虹膜植入物式眼压监测器体积为1mm3，在进行白内障手术植入人工晶状体的同时可植入固定在虹膜上。这种监测器通过每天1.5小时光照即可补充传感器电能，可以每15分钟进行1次眼压测量，共可保存~次的测量数据，通过体外装置进行数据收集，但目前尚缺少相关动物实验报道。
4人工晶状体式眼压监测器Svedbergh在年首次报道将眼压传感器与人工晶状体整合，在患者进行白内障手术的同时植入眼内，实时监测患者眼内压的变化。采用Collins在年提出的气泡螺旋电路系统，将眼压传感器缩小并植入到人工晶状体襻中（图3）。利用外置的探测器，检测由眼压改变引起的电路共振频率。内置的眼压传感器大小为2mm2，厚度为0.6mm，重量为6mg，在离体实验中，可达到20次/秒的测量频率，误差在1~2mmHg。
图3.人工晶状体式眼压监测器
年，Walter将现代的微芯片技术融入到人工晶状体无线眼压测量中。他用硅胶对眼压传感器进行包裹处理，使其产生良好的生物组织相容性，并开展了活体相关实验。由数组平行排列的环状压力敏感物组成的电容式压力感应器，外面由硅胶包裹，根据测量眼压范围调整环状物的直径及组数，压力电子信号被加强并转化为调节性脉冲信号，为降噪提高准确性。内置的遥感勘测器利用高频磁性耦合，收集眼压感应器的相关信号，并传递给外置的接收器，频率在kHz。外置的遥感勘测器收集内置遥感勘测器发射的能量和信号，通过数据线与电脑连接。最后由电脑记录、收集、分析眼压信号。
进一步人们不禁开始思考，在活体试验中，眼压传感器的信号变换器是否能正常工作？眼压测量的准确性和这种新型的人工晶状体的远期效果，以及这种新型的人工晶状体在人体内是否有效等都是值得 无线眼压测量在人工晶状体的应用中不断发展，Hille将眼压传感器中硅胶芯片（包括感应器、负责能量和信号的传输遥感勘测组件）设计成1μm厚度并植入到人工晶状体中。这种眼压传感器适合在白内障手术或人工角膜手术的同时植入到眼内。
另外一种压力感应式的人工晶状体式无线眼压监测器，其压力感应器由密闭的液流管道组成，一端与房水相通，另一端连接气室，利用智能手机的特殊软件记录人工晶状体上液体内界面位置，以观察眼压与气室内气体压力的平衡情况，从而计算眼压变化数值（图4）。当眼压改变4mmHg时，可观察到眼压感应器里的液流基线发生μm的位置改变。根据植入前的数据计算相关曲线，并记录植入后一个相关指示点，通过计算得到的眼压数值与患者的实际眼压值有很高的重复率，误差平均在±0.5mmHg之内，但目前仅有猪眼实验相关报道。
图4.液流管道结合气室型设计的人工晶状体式眼压监测器
年SamirMelki报道了新型的可以植入到人工晶状体与虹膜之间的眼压传感器。经硅胶处理后，它的最大直径为11.3mm，内径为7mm。在临床试验阶段随访18个月中，患者未出现持续眼内炎症、房角变窄等副作用。眼压传感器与Goldmann压平眼压计测得的数据有很好的一致性。
人工晶状体式眼压监测器的优势
嵌入人工晶状体的眼压监测器可以24小时连续监测眼压，不受时间、环境限制。通过该技术可以了解眼压控制的实际情况，指导临床治疗，也为研究青光眼的发病机制提供了有力的资料。这种眼压监测器可以在行白内障手术的同时植入到眼内，不需要额外手术操作，而利用硅胶对眼压传感器进行处理后，生物组织相容性更佳。在保证测量准确的前提下，缩小眼压传感器体积可以更加适应临床应用和推广，可折叠式设计可以适应目前的小切口白内障手术，减少了手术相关的副作用。只是目前绝大多数研究仅停留在动物实验中，缺少临床相关试验，及远期效果观察。
医学微电子技术应用难点
医学微电子技术的前景令人振奋，但是还存在几大应用难点。（1）能源问题：由于体内装置无法像体外那样方便地更换能源，所以必须为植入人体的人体芯片提供一种真正的持续能源或者有效的蓄电装置。（2）信号问题：为了保持良好的信号传输，芯片必须有足够的灵敏度，而植入人体内部的芯片必须要达到这个要求。（3）装置的小型化问题：未来的人体芯片系统至少需要一个集合了各种功能的人体芯片，包括监测体温、心跳、人体生化指标以及各种紧急情况等。
人体芯片的未来
人体芯片的应用前景将十分广阔，传感器勘测技术可以应用到测量血压、脑脊液压力等多方面，可以实现人体健康状况的实时监测，并医院等救护单位，还可以监视体内移植器官的工作情况等。当视网膜中的神经组织受到微型硅芯片刺激时，被植入芯片者就有可能看见光亮点、昏暗的轮廓，甚至英文字母的形状，传说中的“电子眼”可能借助人体芯片技术得以实现。芯片仿真人体器官则将是更具无限潜力的未来技术，在微型芯片上人工排列人体活细胞，使其模拟完整器官的功能和结构，就是所谓的“芯片仿真人体器官系统”（organ-on-a-chipsystems）。在未来的某一天，这个系统也许会代替动物试验，同时减少人体试验所需要的步骤和时间。NatureNews杂志的报道称，这种充满未来主义风格的愿景，正在慢慢变成现实。
（来源：《国际眼科时讯》编辑部）
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