电子生化眼等可植入设备的未来医疗电子走向落地

　　之前记得环球科学杂志有报道过，人造的合成感光器能够将让盲人们恢复视力。这一技术已经开始走向台前。

　　米卡•特霍（Miikka Terho）知道苹果和香蕉的区别。他可以告诉你苹果是圆的，吃在嘴里是甜的，咬起来很脆，而香蕉则长而弯曲，如果放的时间太长会变软。但是，如果要他不摸、不闻，也不品尝，就说出两种水果的区别，他就没有办法了。特霍是个完全失明的盲人。但是，在2008年的三个月里，他恢复了用视觉来区分苹果和香蕉的能力，这归功于研究人员植入到他左眼里的一个微芯片。尽管试用的时间很短暂，但这项新技术的初步成功，却永久地改变了特霍和其他很多盲人的境况。

　　特霍在芬兰一家体育奖学金组织工作，他患有色素性视网膜炎，这种遗传病破坏了视网膜上的感光细胞。16岁以前，他的视力还是正常的，但从那时起，他的夜间视力就开始衰退。20多岁时，他的日间视力也开始衰退。35岁时，特霍的左右眼都失去了中央视力（由视网膜中央的视锥细胞实现的视觉功能，负责精细的视觉）。40岁时，他只能用外围视力（由视网膜上的视杆细胞实现的视觉功能，负责感受光线强弱）感觉光线。

　　2008年11月，一切都发生了改变。德国图宾根大学的埃伯哈特•泽雷纳（Eberhart Zrenner）将一块芯片植入特霍的视网膜。这块芯片替代了视网膜损坏的感光细胞（即视杆细胞和视锥细胞）。在健康的视网膜中，感光细胞将光转化为电脉冲，后者穿过几层特化的组织，其中一层由双极细胞组成，最后到达大脑。芯片上有1 500个小方块，它们排列在一个约1平方厘米的网格上，每个小方块都含有一个光电二极管、放大器和电极。当光线照在一个光电二极管上时，就会产生微弱的电流，经过放大器增强后，传送到电极上，刺激附近的双极细胞产生信号，通过视神经传送到大脑。照射在光电二极管上的光线越多，产生的电流就越强。

　　植入视网膜的芯片为特霍打开了一扇面向世界的窗户，可以看见约1米外一张A4打印纸大小的范围。通过这扇窗户，特霍可以分辨出人和物体的基本外形和轮廓，尤其是在明暗反差强烈的时候。但是，植入芯片并没有足够的电极来产生清晰的图像。另外，通过芯片，他眼里只有灰色的东西，感觉不到色彩，因为芯片还不能区分不同光线的波长。

　　尽管有这些局限，在接受手术后的几天内，植入芯片还是戏剧性地改变了特霍与这个世界互动的方式。他10年来第一次能够看见和辨认一些物体，比如餐具和水果，读出大字体印刷的字母，向房间里的人打招呼，认出自己的亲人。另外两位大约在同一时间内接受芯片移植的患者，可以在阴暗的背景中找到明亮的物体。

　　3个月后，泽雷纳不得不取出了芯片，因为移植芯片后，患者很容易受到皮肤感染：患者体外挂着一个袖珍的电池组，通过一条穿透皮肤的电线，向眼睛里的芯片输送电能，这会在皮肤上留下开放的创口。此外，使用者必须要在计算机旁边，让计算机通过无线信号控制电脉冲的频率，还有视野的亮度和对比度。

　　2008年以来，泽雷纳已经使植入芯片变得更安全和轻便。最新的芯片是无线的，到目前为止已经移植到了10个人的眼睛内。这种芯片有两个电磁线圈，一个埋藏在患者耳后的皮肤下，并伸出一根细细的电线，与视网膜上的芯片连接。另外一个电磁线圈放在一个小型塑料盒里，位于皮肤表面，靠近耳朵的地方。这样，两个线圈形成了一个完整的电路，向植入的芯片供电。通过旋转外部线圈上的按钮，病人可以调节视野的亮度和对比度。为了进一步改善技术，泽雷纳希望在一个视网膜上并排植入3个芯片，使病人有更大的视野。

　　尽管对于由感光细胞受损引起的失明患者（比如色素性视网膜炎、无脉络膜、黄斑变性等），人工感光器有所帮助，但对青光眼或者其他与视神经退化有关的病变则力有不逮。

　　另一个研究小组也在临床研究阶段初步取得了成功：美国加利福尼亚州第二视力（Second Sight）公司开发的视网膜植入设备Argus II也能治疗色素性视网膜炎，尽管使用的是不同的技术手段。Argus II并没有植入病人的视网膜内，而是通过安装在眼镜上的微型相机来捕捉图像，并将这些图像转换成电脉冲，传递给植入到视网膜表面的电极。与泽雷纳的植入芯片不同的是，Argus II并不能在视网膜上模拟由光波引起的生理反应，而是产生一幅由亮点和暗点拼成的图片，患者需要经过训练才会解读这些图片。

　　即使只是恢复灰度视力，也花费不菲。目前，一旦通过了完整的测试并获得审批，Argus II的安装费将会达到每只眼睛10万美元，而泽雷纳的视网膜植入芯片的价格也不会低于这个数。泽雷纳还必须进行额外的临床实验，才能让欧洲咨询委员会允许眼科医生使用这种芯片。Argus II已经获得了审批，可以在欧洲大部分地区进行销售，但在美国和其他国家还没有上市。不过，临床实验的初步成功和这项技术的改进速度表明，视网膜植入设备在不久之后将得到更广泛的运用。

　　智能型可植入设备

　　生物医学工程师正在研发小型的、可植入的监测设备，以便为医生提供更多的信息，帮助他们决定怎样才能给心脏病、糖尿病等慢性病患者提供最好的治疗。几种这样的设备正在接受临床实验的考验，它们可以从人体关键部位或血液中，以无线方式向体外接收设备发送数据。未来，一些植入性监测设备可以发挥更重要的作用，不仅是检测心律不齐等危险疾病，还可以让病人恢复心跳。现在，科学家正在开发的两种这类设备，是针对两种最常见的疾病：

　　心脏病发作。美国天使医疗系统公司（Angel Medical Systems）制造的“天使医疗卫士”（Angel Med Guardian）监护设备，大概有心脏起搏器那么大，可以监测心跳。对那些不久前发作过心脏病，但不需要植入起搏器或者除颤器（cardiac defibrillator）的患者，该设备可以监测异常心跳，比如骤然加速或不规律跳动。如果仪器探测到心脏病即将发作，它会震动，外接的寻呼机随之会发出声音，并开始闪光，提醒病人寻求帮助。为了防止发出错误警报，该设备会在一分钟内持续检测到危险信号后，才会发出警报。医生可以把这些信号和设备收集到的其他关于心脏的信息，无线下载到一台电脑上进行分析。天使医疗公司已经授权一家生产植入性除颤器的公司使用这项心跳监测技术。和除颤器结合后，该设备就可以在监测到心跳停止或心律不齐时，对心脏进行电击，同时向医生输送心电图。

　　异常的葡萄糖水平。美国GlySens公司研制的一种植入式新型葡萄糖传感器，可向数百万糖尿病患者提供无线检测系统。这种设备可以持续监测患者的皮下葡萄糖水平，而监测结果可以反映血糖浓度。因此，相比指尖采血的监测方式，该设备得到更精确、更完整的信息，用以指导胰岛素的注射剂量和时间。并且，由于这种传感器是植入的，也不需要像对待目前常用的体外监测设备一样，时时去维护。

　　“我们希望给病人及其家庭提供一种设备，让他们感觉不到设备的存在，但照样可以得到疾病信息，”GlySens公司CEO、生物工程学家约瑟夫•卢西萨诺（Joseph Lucisano）说，“对于治疗糖尿病之类的慢性病，我们要做的无非就是监测、分析监测结果、优化治疗方案。”所以，通过一种无线连接，“以最低的成本输出大量数据，将让很多我们甚至无法想象的事情成为可能”。

　　未来，无线传感器可能会更加精密。研究人员已经发明了一种轻薄而柔韧的设备，可以像假纹身一样贴在皮肤上或植入体内，收集心率、肌肉收缩乃至脑电波的数据。这种设备由专门开发柔韧电子设备的美国mc10公司研制，这些富有未来感的设备，今后将实现真正意义上的便携——带有内置电源和无线信号发射器。如果内脏器官的无线监测设备与具有柔韧性、形状可变的设备相结合，医生和病人就能实时获得多种疑难病症的信息，而这一目标是很可能实现的。