本文來(lái)自：國際眼科時(shí)訊
隨著(zhù)醫學(xué)微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得人體芯片植入從夢(mèng)想成為現實(shí)，其目的之一是監測人體的身體指標情況。
微電子無(wú)線(xiàn)眼壓監測技術(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(shí)間、患者配合程度等的限制。
患者的眼壓在1天之內是波動(dòng)的，峰值一般出現在夜間。據報道，青光眼患者中有時(shí)臥位眼壓比直立體位時(shí)高出8 mm Hg。因此僅根據就診時(shí)測量的一次數據很難估測出實(shí)際眼壓值，而臨床又需要依據患者的實(shí)際眼壓情況指導青光眼的治療。進(jìn)而人們嘗試通過(guò)無(wú)線(xiàn)眼壓測量技術(shù)連續監測眼壓的變化，其主要分為侵入式和非侵入式兩類(lèi)（圖1）。
圖1. 無(wú)線(xiàn)眼壓測量技術(shù)
角膜接觸鏡式眼壓監測器（非侵入式）
1995年，Hjortdal等證實(shí)摘除的人眼球眼壓波動(dòng)1 mm Hg時(shí)中央角膜曲率改變3μm。角膜接觸鏡式無(wú)線(xiàn)眼壓監測器就是根據該原理將微型應變計嵌入隱形眼鏡片中，可以連續在一段時(shí)間內測量角膜曲率變化，轉化成眼壓數值。隱形鏡片還內嵌天線(xiàn)、微型專(zhuān)用處理電路和向接收器發(fā)送測量數據的射頻發(fā)射器，這些內嵌組件在鏡片上進(jìn)行巧妙的布局，就不會(huì )干擾病患的視野（圖2）。瑞士Sensimed AG公司設計研制出的一款此類(lèi)產(chǎn)品命名為SENSIMED Triggerfish?，目前在歐洲已經(jīng)開(kāi)始銷(xiāo)售，同時(shí)準備進(jìn)入美國、日本市場(chǎng)。此款為軟性硅膠角膜接觸鏡，直徑為14.1 mm，在24小時(shí)內可以對患者進(jìn)行86688次測量。隱形鏡片由眼科醫生給病患裝配，當病患次日復診時(shí)，眼科醫生卸下眼鏡和接收器，即可讀出在過(guò)去24小時(shí)內記錄的完整的眼壓變化數據，操作時(shí)無(wú)需表面麻醉，佩戴者也表現出良好的耐受性。一些存在無(wú)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測器的禁忌證。但是由于沒(méi)有明確的標準衡量角膜曲率與眼壓變化之間的聯(lián)系，該眼壓監測器的準確性尚有待進(jìn)一步研究。
圖2. 角膜接觸鏡式無(wú)線(xiàn)眼壓監測器
非侵入式有以下四種：
1、引流閥植入物式眼壓監測器
引流閥植入物式眼壓監測器（Glaucoma drainage implants, GDI）包括引流閥、眼壓傳感器以及無(wú)線(xiàn)信息傳輸系統，在行小梁切除術(shù)時(shí)可以進(jìn)行植入。但由于GDI體積較大，相當于一個(gè)人工晶狀體大小，無(wú)法進(jìn)行眼內植入，因此目前僅有相關(guān)的動(dòng)物實(shí)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 )膜植入物式眼壓監測器脈絡(luò )膜植入物式眼壓監測器是通過(guò)脈絡(luò )膜植入一枚金屬探針，監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(jìn)行了離體實(shí)驗、動(dòng)物實(shí)驗、體內試驗。離體實(shí)驗證明眼壓與回聲頻率存在直線(xiàn)相關(guān)性，但目前沒(méi)有相關(guān)人體試驗報道。
3、虹膜植入物式眼壓監測器
虹膜植入物式眼壓監測器體積為1mm3，在進(jìn)行白內障手術(shù)植入人工晶狀體的同時(shí)可植入固定在虹膜上。這種監測器通過(guò)每天1.5小時(shí)光照即可補充傳感器電能，可以每15分鐘進(jìn)行1次眼壓測量，共可保存500~1000次的測量數據，通過(guò)體外裝置進(jìn)行數據收集，但目前尚缺少相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗報道。
4、人工晶狀體式眼壓監測器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(jìn)行白內障手術(shù)的同時(shí)植入眼內，實(shí)時(shí)監測患者眼內壓的變化。采用Collins在1967年提出的氣泡螺旋電路系統，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(shí)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測器
2000年，Walter將現代的微芯片技術(shù)融入到人工晶狀體無(wú)線(xiàn)眼壓測量中。他用硅膠對眼壓傳感器進(jìn)行包裹處理，使其產(chǎn)生良好的生物組織相容性，并開(kāi)展了活體相關(guān)實(shí)驗。由數組平行排列的環(huán)狀壓力敏感物組成的電容式壓力感應器，外面由硅膠包裹，根據測量眼壓范圍調整環(huán)狀物的直徑及組數，壓力電子信號被加強并轉化為調節性脈沖信號，為降噪提高準確性。內置的遙感勘測器利用高頻磁性耦合，收集眼壓感應器的相關(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置遙感勘測器發(fā)射的能量和信號，通過(guò)數據線(xiàn)與電腦連接。最后由電腦記錄、收集、分析眼壓信號。
進(jìn)一步人們不禁開(kāi)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是否有效等都是值得關(guān)注的問(wèn)題。隨后，Walter分別在豬眼、兔眼上進(jìn)行了無(wú)線(xiàn)眼壓測量技術(shù)的活體實(shí)驗。實(shí)驗中通過(guò)前房?jì)炔骞苷{整灌注壓高度，來(lái)得到不同的眼內壓。通過(guò)比較眼壓傳感器與氣動(dòng)眼壓計分別測得的數值，觀(guān)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(wú)法植入到囊袋內，未進(jìn)行長(cháng)期觀(guān)察。眼內壓傳感器與氣動(dòng)眼壓計測得的短期數據進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，r分別為0.99和0.98，說(shuō)明眼壓傳感器在動(dòng)物眼中可以準確有效地測量眼壓。
不同類(lèi)型的人工晶狀體式眼壓監測器
無(wú)線(xiàn)眼壓測量在人工晶狀體的應用中不斷發(fā)展，Hille將眼壓傳感器中硅膠芯片（包括感應器、負責能量和信號的傳輸遙感勘測組件）設計成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障手術(shù)或人工角膜手術(shù)的同時(shí)植入到眼內。
另外一種壓力感應式的人工晶狀體式無(wú)線(xiàn)眼壓監測器，其壓力感應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界面位置，以觀(guān)察眼壓與氣室內氣體壓力的平衡情況，從而計算眼壓變化數值（圖4）。當眼壓改變4 mm Hg時(shí)，可觀(guān)察到眼壓感應器里的液流基線(xiàn)發(fā)生200 μm的位置改變。根據植入前的數據計算相關(guān)曲線(xiàn)，并記錄植入后一個(gè)相關(guān)指示點(diǎn)，通過(guò)計算得到的眼壓數值與患者的實(shí)際眼壓值有很高的重復率，誤差平均在±0.5 mm Hg之內，但目前僅有豬眼實(shí)驗相關(guān)報道。
圖4. 液流管道結合氣室型設計的人工晶狀體式眼壓監測器
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，內徑為7 mm。在臨床試驗階段隨訪(fǎng)18個(gè)月中，患者未出現持續眼內炎癥、房角變窄等副作用。眼壓傳感器與Goldmann壓平眼壓計測得的數據有很好的一致性。
人工晶狀體式眼壓監測器的優(yōu)勢
嵌入人工晶狀體的眼壓監測器可以24小時(shí)連續監測眼壓，不受時(shí)間、環(huán)境限制。通過(guò)該技術(shù)可以了解眼壓控制的實(shí)際情況，指導臨床治療，也為研究青光眼的發(fā)病機制提供了有力的資料。這種眼壓監測器可以在行白內障手術(shù)的同時(shí)植入到眼內，不需要額外手術(shù)操作，而利用硅膠對眼壓傳感器進(jìn)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臨床應用和推廣，可折疊式設計可以適應目前的小切口白內障手術(shù)，減少了手術(shù)相關(guān)的副作用。只是目前絕大多數研究?jì)H停留在動(dòng)物實(shí)驗中，缺少臨床相關(guān)試驗，及遠期效果觀(guān)察。
醫學(xué)微電子技術(shù)應用難點(diǎn)
醫學(xué)微電子技術(shù)的前景令人振奮，但是還存在幾大應用難點(diǎn)。（1）能源問(wèn)題：由于體內裝置無(wú)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能源或者有效的蓄電裝置。（2）信號問(wèn)題：為了保持良好的信號傳輸，芯片必須有足夠的靈敏度，而植入人體內部的芯片必須要達到這個(gè)要求。（3）裝置的小型化問(wèn)題：未來(lái)的人體芯片系統至少需要一個(gè)集合了各種功能的人體芯片，包括監測體溫、心跳、人體生化指標以及各種緊急情況等。
人體芯片的未來(lái)
人體芯片的應用前景將十分廣闊，傳感器勘測技術(shù)可以應用到測量血壓、腦脊液壓力等多方面，可以實(shí)現人體健康狀況的實(shí)時(shí)監測，并可及時(shí)將情況報告醫院等救護單位，還可以監視體內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(shí)，被植入芯片者就有可能看見(jiàn)光亮點(diǎn)、昏暗的輪廓，甚至英文字母的形狀，傳說(shuō)中的“電子眼”可能借助人體芯片技術(shù)得以實(shí)現。芯片仿真人體器官則將是更具無(wú)限潛力的未來(lái)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構，就是所謂的“芯片仿真人體器官系統”（organ-on-a-chip systems）。在未來(lái)的某一天，這個(gè)系統也許會(huì )代替動(dòng)物試驗，同時(shí)減少人體試驗所需要的步驟和時(shí)間。Nature News雜志的報道稱(chēng)，這種充滿(mǎn)未來(lái)主義風(fēng)格的愿景，正在慢慢變成現實(shí)。
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