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无线压力感测眼植入物可以帮助防止失明

人工智能 2021-03-30 15:28:22

“通过整合新颖的包装和微电子技术,并与眼科医生紧密合作,我们能够设计出一种小型化,全无线,高灵敏度的传感器,”加州理工学院安德鲁·艾米塔(Azita Emami)说道 ,加州理工学院的安德鲁(Andrew)和佩吉·陈(Peggy Cherng)电气工程与医学教授工程和传统医学研究所的研究员,论文的合著者。

该传感器用于监测青光眼患者的眼睛,这种疾病通常是由于眼睛内部压力过高而导致逐渐失去视力的疾病。青光眼是仅次于白内障的第二大失明原因,全世界有6500万人受到影响。

有青光眼风险的患者需要定期去看眼科医生,以检查他们的眼内压(眼压),通常使用一种称为眼压计的设备。眼压计将一个小棱镜压在眼睛的表面上,并通过测量表面的偏转程度来确定内部的压力,就像人用手指挤压篮球以查看其是否充分充气一样。

眼压计被认为是测量眼压的黄金标准,但是它们的缺点是只能在患者就诊时测量压力。这就带来了一个问题,因为眼压全天都会波动,并且如果在患者进行检查时以外的时间出现压力峰值,那么他们的医生将不会知道它们正在发生。该程序还需要使用局部麻醉。

Aubrey Shapero和Ab​​hinav Agarwal(MS '14)-在Yu-Chong Tai实验室工作的Caltech工程和应用科学研究生 ,电气工程和医学工程学的Anna L. Rosen教授以及Emami创建了一种可以连续监测眼压。

“使用我们的无线植入设备,患者可以随时随地读取他们的眼压,”描述植入物的论文的合著者阿加瓦尔(Agarwal)说。“尽早发现眼压升高,医生可以根据需要修改治疗方法,以防止视力进一步丧失。”

该设备比一角硬币小一点,并且被植入眼睛的白色区域中,不会干扰视力。它由压力传感器,控制电路和天线组成。植入物没有电池,因此体积小且使用寿命长。在读取期间,来自手持式扫描仪的无线电波被天线接收,并产生一个小的电压,该电压暂时为设备供电,然后读取压力并使用同一根天线将信号发送回读取器。

该设备的一大进步是它的功能寿命-根据加速实验室测试的预测,使用寿命长达四年。人体内部恶劣的环境阻碍了其他制造类似设备的尝试。在腐蚀电子设备的流体和组织生长污染的传感器之间,以前在加州理工学院和其他地方开发的其他设备最多需要运转一个月,然后才能将其取出。

加州理工学院的团队通过将其设备封装在特殊涂层中解决了这一问题,该涂层由硅油气泡和被聚对二甲苯的生物相容性聚合物包围而成。

Shapero说:“我们称之为“油中的聚对二甲苯”的封装技术是我们的关键突破。” 液态硅油和聚对二甲苯的组合比单独的硅凝胶或聚对二甲苯显示出更高的压力读数稳定性和腐蚀防护性能。

Shapero说,还可以通过增加一个阀门来修改该设备,以提供治疗,当压力升得太高时,该阀门会随着眼泪而释放少量的流体。

他说:“我们将创建一个'智能'青光眼引流装置,其中单个植入物可以测量眼压并缓解过度的压力。” “从长远来看,我们希望建立一个闭环系统,该系统可以根据压力读数自动调节通过阀门的流量。”

研究人员说,他们希望继续开发该设备,并有望在未来几年内在患者中对其进行测试。

“我们正在准备与南加州大学凯克医学院的合作者进行进一步测试,我们的最终目标是进行人体临床试验和FDA批准用于患者,” Agarwal说。

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