光眼是全世界不可逆失明的主要原因,目前影响着8000多万人,预计到2040年将超过1.1亿人。 主要的可改变风险因素是内膜压力升高,但目前的临床监测依赖于只捕捉到光眼波动的短暂的、办公室内测量。 这些零星检查常常错过了睡眠或日常活动过程中发生的危险压力尖峰。 智能隐形眼镜,配备微型传感器和无线通信,通过提供连续的实时的光眼压力数据,有望改变光眼管理。 这一创新可以使早期干预、个性化治疗调整并最终为数百万人保持视力。

什么是智能接触连环?

智能隐形眼镜是高级可穿戴设备,将微电子整合到软的,生物兼容的透镜矩阵中,与传统的仅正确视觉的接触不同,这些透镜设计是为了监测眼的生理参数. 目前的原型侧重于测量IOP,但未来的版本也可能跟踪眼部湿度,眼泪中的葡萄糖水平,甚至提供药物. 感应数据无线传输到智能手机或云基平台,使患者和临床医生都能访问连续的高分辨率压力剖面. 核心挑战在于创建一个设备,在提供可靠,准确的测量时保持舒适,透明,安全,可以延长磨损.

他们怎么工作的?

智能隐形眼镜中的感应机制通常采用两种方法之一:电容或比佐累力压力传感器。电容传感器测量因IOP变化而发生透镜曲面波动而导致的电容变化。传感器是一种薄而灵活的膜,它具有压力变形,改变两个导板之间的距离。反之,Piezo累力传感器在材料紧张时检测电阻变化。这两种类型的传感器都嵌入透镜边缘以避免阻碍视觉轴。传感器的信号是通过一个微小的应用特定集成电路(ASIC)处理的,该集成电路将数据数字化并准备传输。一个微小的安纳,常常是超热金或银纳米线,通过近野通信(NFC)或蓝牙低能传输数据。因为NFC不需要内部电池——它从读取能量——一些设计可以进行电池无量操作,减少散装和改善舒适度。对于连续的蓝牙流,一个薄膜电池或超电容,可以进行24小时的集成。

详细的关键组件

  • < 强> 弹性压力传感器 — 典型的石墨或聚米基, 这些1- 10微米的薄传感器伸展并和镜头表面收缩。 它们必须显示跨物理IOP范围(5-40毫米Hg)和高灵敏度(分辨率 < 0.5毫米Hg)的线性反应。
  • 微型微处理器[ – 自定义功率消耗在1mW下方的ASIC 处理信号调节,模拟到数字转换,以及数据包装。 它们也管理电源模式以延长电池寿命。
  • 无线通信模块 – NFC-antenna设计运行于13.56MHz,提供5–10厘米的读取范围,足以供手持读取器或智能手机使用. 蓝牙5.0模块允许数据传输最高可达10米,但需要更多的功率.
  • 生物兼容透镜材料 – 硅酮水凝胶和pheMA是常见的,确保氧气渗透性(>100 Dk/t)以保持角膜健康. 嵌入式电子必须封装在丙烯或医用级硅酮中,以防止浸出和刺激.

智能接触网对IOP监测的好处

传统的IOP测量方法,如Goldmann applanation tonometery,需要局部麻醉,熟练操作人员,并且通常只在诊所时间进行。这些方法在固定时间提供单一的读数,经常缺失夜压峰——一个关键因素,因为相当一部分青光眼病人在睡眠时经历最高的IOP。智能隐形眼镜提供了多种优势,可以弥补这些差距:

  • 持续的实时监测 – 抓住全24小时IOP节奏,包括夜航的突起和姿势的改变,从而能够更准确地进行疾病传播和治疗决定.
  • 非侵入性和舒适性[ — — 一旦插入,镜头几乎是无法被接受的,类似于日常一次性的穿戴接触。 常规读物不需要麻醉或门诊。
  • 实时警报 — 如果IOP超过预先设定的阈值,系统可以通过智能手机通知患者或其医生,促使立即干预(例如服用药物剂量或寻求紧急护理).
  • 增强患者的遵义性 — — 自动数据收集消除了患者自我记录读数或经常预约的需要。 这对面临交通障碍的老年人或残疾人来说尤其有价值。
  • 医疗医疗系统可以提供医疗医疗。 与远程医疗结合 — — 数据流直接输入电子健康记录,允许专家进行远程监测。 这有利于主动管理,减轻医疗系统的负担。
  • 预测分析 – 纵向IOP模式可以给预测疾病进展的机器学习模型提供素材,帮助在临床征兆出现前识别有快速视力丧失风险的患者.

当前的挑战和破坏

尽管取得了显著进展,但智能隐形眼镜在成为标准临床工具之前必须克服若干障碍。 最紧迫的问题是[耐久性和寿命[。 反复眨眼、盖子摩擦和接触泪蛋白会持续数小时至数天的时间降低传感器的准确性。 目前的原型在校准漂移前通常只有24-72小时的可靠运行。 确保不同环境条件(湿度、温度、眼皮解剖)的一致性能仍然是一项重大的工程挑战。

电源和数据传输[ 创造了经典的权衡. 无电池的NFC设计限制读取距离,需要附近有动力读取器,使其不适于真正连续的伐木. 电池增加厚度和重量,可能损害镜头的适合性和氧气传输. 频繁的充电周期也给用户带来不便. 研究人员正在调查从眼动或热梯度中采集能量,但这些方法仍然具有实验性.

监管批准[是另一个瓶颈. 接触眼睛并纳入活性电子的医疗设备面临ISO 10993生物兼容性、细胞毒性和敏化标准下的严格安全测试. 美国食品和药物管理局(FDA)尚未为持续的IOP监测清除智能隐形眼镜——唯一批准的装置是单用途,简短的录制传感器. 证明对不同病人群体中的Goldmann的不摄入性需要进行大规模,精心设计的临床试验.

成本和可获取性[也限制了采用。 定制的ASIC、MEMS传感器和先进镜头材料的整合驱动生产成本远高于每镜头100美元。对于日常可处理性来说,这是令人望而却步的。 可用镜头可以穿戴数天或数周,需要严格的清洁和消毒程序,而这可能对所有患者来说并不实用。

未来展望:超越IOP监测

随着传感器微型化和灵活电子不断推进,智能隐形眼镜已准备好演变成多用途可穿戴眼镜。早期研究探索了整合]葡萄糖传感器,用于非侵入性糖尿病监测,尽管泪液糖水平与血液值的关系不大。更有希望的是,增加了药物输送库,这些库可释放丁醇或丙氨基兰丁类似物,以应对检测到的IOP突升——一种真正的闭路治疗系统。 这种装置将结合单一镜中的监测和治疗,有可能取代眼滴药。

人工智能将在解释连续数据流中发挥关键作用。 机器学习算法可以识别光神经损伤前的微妙压力不稳定模式,从而能够真正预测青光眼护理。 智能隐形眼镜与扩大的远程眼科网络相结合,可以提供公平的机会,即使在服务不足的地区也能提供专家级监测。

几个公司和学术团体正在推动这个领域。 国家眼研究所[ 资助了多个关于无植入IOP传感器的项目。 2023年,斯坦福的研究人员在 Nature 中发表了一项研究,展示了兔子模型中保持精确度72小时的镜头。 与此同时,像Sensimed(销售了唯一一个FDA-Cleared IOP监测器,现已停产)这样的初创企业继续完善其技术。 广泛临床采用的方法仍然很长,但元材料、低功率电子和生物兼容聚合物的聚合物的聚合物的聚合物的聚合,使智能接触镜成为数百万面临革兰科明症风险的越来越可行的解决方案。

供进一步阅读,美国眼科学院对当前IOP测量方法以及更好的监测需求提供了出色的概述: Tonometery Works[. 对于技术深度潜入感应设计,请参考IEEE文件:[ 易穿戴眼科设备的弹性压力传感器[[. 最后,胶原研究基金会提供临床试验的病人重点信息:[ Glaucoma.org.