CN110366695A - 眼睛可安装镜片水化的基于阻抗的测量 - Google Patents

Abstract

用于眼科设备的水化的基于阻抗的测量的示例性眼科设备包括具有待佩戴在眼睛上的形状的外壳、设置在所述外壳上的插入件、设置在所述插入件上的控制电子器件以及设置在所述外壳内并被电耦接到所述控制电子器件的多个电极，所述控制电子器件被耦接以控制所述眼科设备的操作，所述多个电极布置在所述眼科设备的中心光学区域之外，并且其中所述多个电极中的每一个被电耦接以从所述控制电子器件接收相应电压以测量靠近所述多个电极的外壳的阻抗，所测量的阻抗指示靠近所述多个电极的外壳的水化水平。

Description

眼睛可安装镜片水化的基于阻抗的测量

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月27日提交的美国临时申请序列号62/464,018的权益，其通过引用而被整体合并于此。

技术领域

本公开总地涉及眼科设备，并且特别地但非排他性地涉及监测设备水化的眼科设备。

背景技术

隐形镜片由世界各地的许多人佩戴，主要用于视力矫正。然而，随着镜片技术的进步不断发展，更多人可能倾向于佩戴镜片。例如，可被称为“智能镜片”的高级镜片可提供医学和高级视力矫正特征。尽管隐形镜片已经存在一段时间，但是大部分镜片佩戴人群可能会部分地因为镜片而经历眼睛干燥。虽然多年来已开发出各种隐形镜片技术来对抗干燥，但问题仍然存在。因此，可能期望测量镜片水化水平，特别是当与镜片设计的创新配合以评估、监测并最终改善舒适性和保湿性能时。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个附图中指代相同的部分。并非所有元素实例都必须标记，以免在适当的时候使附图混乱。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明所描述的原理上。

图1A是根据本公开的实施例的眼科设备100的平面图。

图1B是根据本公开的实施例的眼科设备100的一部分的剖视图。

图1C是根据本公开的实施例的眼科设备100的剖视图。

图2A是根据本公开的实施例的眼科设备200的平面图。

图2B是根据本公开的实施例的眼科设备205的剖视图。

图2C是根据本公开的实施例的眼科设备215的剖视图。

图3是根据本公开的实施例的眼科设备300的功能框图。

具体实施方式

本文描述了用于眼睛可安装的镜片水化的基于阻抗的测量的系统和方法的实施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来实践本文描述的技术。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免模糊某些方面。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

大多数隐形镜片佩戴者都有眼部刺激的症状，“干燥”是最常报告的症状。在美国，大约有3500万隐形镜片佩戴者，这表明多达1700万隐形镜片佩戴者会经历明显的干眼症状。干燥通常意味着没有“自然或正常水分”，这是镜片佩戴者经历的一种不舒服的感觉。隐形镜片不耐受和停止的主要原因是不适和干燥。临床上，干眼和隐形镜片佩戴者中泪膜的改变与功能性视力的降低、佩戴时间的减少以及眼表脱水、细菌结合和感染的风险增加有关。总之，这些因素清楚地表明了隐形镜片水化对正常和干眼患者的影响和重要性。

镜片舒适度的主观测量通常是评估耐磨性和舒适性的唯一方法，其高度依赖于隐形镜片水化。其他方法包括光学相干断层扫描(OCT)和光学吸收技术，但是目前还没有方法用于定量测量隐形镜片在原位(即，在佩戴时)的水化。

可能与干燥症状相关的最难以捉摸的材料特性之一是镜片的初始(或标称)含水量。所有基于水凝胶的镜片在从小瓶或泡罩包装中取出时都有可能失水。通常，低含水量镜片可能损失约1％的水含量，高含水量镜片可能损失约5％，但是在镜片佩戴期间没有显示镜片完全脱水(脱水水平最多约为15％)。还已知的是，虽然脱水可以在一整天的佩戴过程中持续(例如，8小时)，但是这种脱水的很大一部分可以在佩戴时间的最初5-25分钟内发生。因此，在初始佩戴时间后数小时内的脱水率的细微变化对整体舒适度和眼睛健康是有影响的。

另外，在较高含水量镜片中水分损失较大的机理尚不完全清楚。一些人认为低水含量镜片和高含水量镜片之间的脱水率差异可能与聚合物相关的自由结合水的比例有关。重要的是要注意，无论隐形镜片脱水的机制如何，隐形镜片佩戴者的数量都会持续增长，并且隐形镜片相关的干眼症的患病率可能会增加，因为对于减少镜片佩戴者的干眼问题没有做出显著的进展。

在智能隐形镜片技术的背景下，随着传感应用、异质材料和混合镜片设计增加评估镜片活力的复杂性，监测体内镜片水化的能力变得越来越重要。目前的方法不能在镜片区域上局部测量镜片水化，并且测量必须在非常受控的环境中进行。具有评估和通信水化水平能力的智能隐形镜片给予了提供镜片舒适度的定量测量以及在达到推荐的水化极限时的警报的可能性，以保持长期的眼睛健康。另外，监测局部水化水平对于对局部传感器环境特别敏感的感测应用(例如葡萄糖感测)变得越来越重要。为了增强和优化智能隐形镜片技术，附带传感器的使用将为智能镜片提供自我监测和通信镜片水化状态的能力。期望新的原位隐形镜片水化感测方法。

已知镜片内的导电性随着水化的减少而增加。这主要是由镜片表面的蒸发驱动的，这会消除水分，留下越来越富含离子的环境。每次眨眼，镜片可能会在一定程度上再水化；然而，再水化不能代替在镜片佩戴的前60到120分钟内损失的水分。隐形镜片失去然后重新获得水分，但这个过程最终必须达到稳定状态；如果没有，镜头将不断失去或获得水分。一旦在眼睛上，眼泪可能是持续水化的主要来源。含水泪膜主要由水、电解质(钠、氯、钾、碳酸氢盐、镁、磷酸盐和钙)、血清蛋白(白蛋白、转铁蛋白、IgG、IgM)、泪腺蛋白(如溶菌酶、乳铁蛋白、β-溶解素)、酶(乳酸脱氢酶、丙酮酸激酶、苹果酸脱氢酶、淀粉酶)和代谢物(血清释放的葡萄糖和尿素)组成。泪液的电解浓度与其重量渗透摩尔浓度有关，其重量渗透摩尔浓度约为300至310毫渗/升。因此，随着镜片脱水过程的进行，由于保留在镜片中的残留的未蒸发的离子物质，导电性将增加。

隐形镜片内的脱水深度(相对于前面(anterior)，例如面向外的，镜片表面)的范围可以例如为对于低含水量镜片的30微米至对于较高含水量镜片的70微米。可商购的硅水凝胶镜片通常可具有70-80微米的中心厚度，这表明在基体(bulk)镜片材料中，镜片厚度的很大一部分可能经受可测量的脱水影响。因此，测量的位置可以位于隐形镜片的脱水区域内或几乎位于隐形镜片的脱水区域内，例如，距离前侧表面的前30至70微米。应该注意的是，无论隐形镜片脱水的机理如何，该过程都可能是涉及镜片干燥和再水化的循环过程。一旦镜片表面开始脱水(通过任何或所有前面提到的机制)，就会产生膨胀压力，将水从镜片深处吸到表面。高含水量材料在满足该平衡之前比低含水量镜片损失更多的水。

为了测量基体镜片材料内的导电性，可以进行单频电化学阻抗测量。可以使用电化学阻抗谱(EIS)执行测量。电化学阻抗可以在频谱范围内或在单个预选频率下测量，并且在恒定幅度的交流(AC)电压(其可以期望地低于电解水的阈值(例如，100mVpp))下测量。当以足够高的频率(例如，大于10kHz)测量阻抗时，可以绕过电极表面处的亥姆霍兹双层的电容效应，并且基体样本电阻可以控制类似于“液体电阻器”的信号响应。因此，该测量对测量电极之间的体积导电路径的几何形状以及基体材料的导电性敏感。

EIS测量可以产生具有幅度和相位的复数值。然而，取被测量的复数的幅度可以产生以欧姆为单位的基体材料的近似实际电阻。这些阻抗幅度变化与测量电极相对于前侧表面的位置的相关性可以允许检测相对的体积电导率(bulk conductivity)变化并因此检测一天中的大量水化变化。因此，阻抗的幅度可以是镜片的体积电导率的度量，其提供对基体镜片材料的水化状态的原位测量。

水化测量镜头可以将此测量用于各种后续动作。例如，镜片可以向用户警告镜片已经达到一些预先设置的水化阈值并且应该施加保湿液滴。在另一示例中，镜片可以向用户警告在夜间消毒期间已达到镜片水化的适当水平。在另一示例中，水化信号可以用作附加板上(on-board)系统的输入，以调制、稳定、校准或以其他方式改善其功能或准确度，例如电光学(例如，折射率的变化)和葡萄糖传感器(局部水化状态)。最后，水化水平可以用作调节干眼症患者的佩戴时间的手段，并且可以作为更大治疗方案的一部分来实施，以最小化与干眼症相结合的长期佩戴的有害症状。一般而言，原位监测镜片水化的能力提供了通过定制和可量化的指标来改善眼睛健康的能力，所述指标指示每个镜片佩戴者的特定习惯、生理和环境；这是当今不可能的事情。

图1A是根据本公开的实施例的眼科设备100的平面图。眼科设备100可以是眼上可穿戴设备，并且可以为佩戴者提供视力和/或医疗益处。例如，眼科设备100可以是向用户提供视力矫正光学功率的隐形镜片。在一些实施例中，眼科设备100还可包括向用户提供调节的动态光学器件。另外和/或可替换地，眼科设备100可以向佩戴者提供医学测试，例如葡萄糖测试。在任一示例或两个示例中，眼科设备100可包括用于确定眼科设备100的水化水平的电子器件和电极，其可例如经由外部读取器提供给用户。

眼科设备100的所示实施例包括外壳102、控制电子器件104、天线106和多个电极108。眼科设备100可以形成为至少贴合在眼睛的角膜上，并且可以具有后侧(例如，面向眼睛的侧面)，具有带有曲率半径的凹形形状以至少与眼睛的角膜区域匹配。眼科设备100还可以具有前侧(例如面向外侧)，具有也带有特性曲率半径的凸形形状。在一些实施例中，前侧的曲率半径可以不同于后侧的曲率半径。另外，眼科设备100可以形成为盘状形状以覆盖角膜和围绕角膜的一些区域，并且眼科设备100的中心区域可以被称为中心光学区域。在一些实施例中，眼科设备100的直径可以在10到14毫米的范围内，中心光学区域的直径在4到6毫米的范围内。中心光学区域可以是透明的并且可以向一些用户提供光学功率。

外壳102可以形成为盘形并且包括在前侧和后侧上的外表面。外壳102可以由生物相容性材料形成，其允许眼科设备100佩戴在用户的眼睛上。例如，外壳102可以由硅水凝胶或其他柔软、柔性的生物相容性聚合物形成。在一些实施例中，外壳102可以由密封在一起(并围绕其他包括的部件)的两个片(例如，前片和后片)形成，以形成眼科设备100。可替换地，外壳102可以围绕其他包括的部件模制以形成眼科设备100。无论形成过程如何，外壳102以及眼科设备100可以具有径向变化的厚度，该厚度从中心轴线到边缘变化。例如，中心光学区域的厚度可以为约70至100微米，并且厚度可以逐渐减小至外周边缘。

控制电子器件104可以设置(例如，嵌入)在外壳102中并且至少布置在中心光学区域的外部，从而不会对佩戴者的视力产生负面影响。控制电子器件104可以耦接到天线106，并且还经由导电迹线110耦接到多个电极108。在一些实施例中，控制电子器件104可包括执行电阻率测量、在一个或多个频率下产生AC电压、经由天线通信以及控制动态光学器件(未示出)的功能块。动态光学器件可以设置在中心光学区域内，并且可以使用液晶或电润湿技术来形成为用户提供可变焦点的可调节光学器件。

天线106可以由导电迹线形成，该导电迹线形成围绕如图所示的中心光学区域的完整环，或者部分环(未示出)。在一些实施例中，天线106可以用于控制电子器件104和外部读取器之间的数据通信。在一些实施例中，天线106可以用于对包括在控制电子器件104中的电源进行感应充电。在其他实施例中，天线106可以用于数据通信和感应充电两者，并且这两个功能可以在时间上共享天线106。然而，天线106可以可替换地包括两个单独的天线，一个用于数据通信，另一个用于能量收集，例如感应充电。

多个电极108的所示实施例包括四个电极，例如电极108A、108B、108C和108D。然而，当然可以实现其他数量的电极。多个电极108可以嵌入在外壳102内的中心光学区域之外的区域中，以便不损害用户的视力。电极108A和108B可以紧密布置并且设置在外壳102的一侧上，而电极108C和108D可以类似地布置在外壳102的径向相对侧上。例如，电极108A、108B和电极108C、108D可以设置在外壳102的相同半径上，但是设置在外壳102的径向相对侧上。此外，多个电极中的每个电极可以经由导电迹线(例如，导线)110单独地耦接到控制电子器件104。例如，电极108A和108B可以经由一对导电迹线110A耦接到控制电子器件104，并且电极108C和108D可以经由一对导电迹线110B耦接到控制电子器件104。尽管多个电极108布置成两个紧密排列的对，但是可以实现其他配置，和/或可以实现更少的电极。例如，眼科设备100可以仅用两个紧密间隔的电极(例如电极108A和108B)实现，或者设置在中心光学区域的相对侧的两个电极(例如电极108A和108C)实现。

多个电极108可以由铂、铂/铱合金、铱、金、钛或其组合形成。电极108可以通过将一种或多种期望金属沉积到外壳102的后层或前层的表面上而形成，其可以使用一种或多种光刻工艺蚀刻或通过一个或多个阴影掩模沉积。可替换地，可以在沉积(多种)金属之前执行剥离光刻工艺，然后可以去除光刻胶，留下形成的电极108。另外，导电迹线110可以与多个电极108的形成同时形成。此外，电极108的暴露区域可以相对较小，以便限制对用户的舒适性的任何潜在影响。例如，电极108可具有1至1×10⁶平方微米的几何面积。

在一些实施例中，控制电子器件104以及天线106、多个电极108和导电迹线110可以设置在环形基板上，该基板包围中心光学区域并且嵌入在外壳102内。当然，这些相同的部件可以嵌入外壳102内而没有基板。在包括环形基板的实施例中，环形基板可以由透明或半透明塑料形成，该塑料可以是柔性或半刚性的，以为各种电子器件和互连提供结构支撑。

在一些实施例中，可能期望使多个电极108中的每一个单独地耦接到控制电子器件104，使得每个电极108可单独地和独立地被提供电压，例如被通电。在一些实施例中，提供给电极108中的至少两个(例如电极108A和108B)的电压可以在紧密间隔的电极对108之间产生电位差。例如，电位差可以使电流在两个电极108之间流动并通过外壳102。基于两个电极108之间的电压和测量的电流，可以确定两个通电电极之间的外壳102的阻抗。然后所确定的阻抗可被转换成或指示两个通电电极之间的外壳水化水平。例如，使用频率高于10kHz的小AC电压可以提供具有幅度和相位的阻抗值。该相位可以用作最佳测量频率或频率范围的指示符以用于测量基体电阻。该幅度可以提供两个电极108之间的外壳102的基体电阻的精确估计。

在一些实施例中，提供给多个电极108中的一个或多个的电压可以是期望频率的AC电压。例如，可以以1kHz和1MHz之间的频率生成具有低于外壳102中的液体的电解电位的峰-峰电压电平的AC电压。在一些实施例中，频率可以大于10kHz，并且AC电压可以具有低于100mVpp的峰-峰幅度。AC电压可以使得在电极之间形成AC激励信号，AC激励信号继而可以在电极之间生成流过外壳102的AC响应电流。然后，基于AC激励信号和AC响应电流，控制电子器件104可以确定介于其间的外壳材料的阻抗和相应的水化水平。

可以在多对电极108之间进行电阻率测量和水化水平的确定。例如，并且如图1B所示，可以在电极108A和108B之间进行局部电阻率测量，以确定外壳102的局部水化水平。控制电子器件104可以在电极108A和108B之间建立电位差，其可以在电极108A和108B之间生成局部电流，从而导致局部化的电流和局部化的水化水平确定。可以在电极108C和108D之间做出类似的局部水化水平。

可替换地或另外地，如图1C所示，可以在外壳102的相对侧上的电极或电极对之间进行全局电阻率测量。例如，可以在一对电极108A和108B中的一个与另一对电极108C和108D中的一个之间建立电位差。可替换地，每对的两个电极可以一起使用以在电极对之间相继建立电位差。例如，电极108A和108B都可以被驱动到第一电位，而电极108C和108D可以被驱动到第二电位，使得在两对电极之间生成电流。可以生成全局电流，导致全局电阻率测量。然后，全局电阻率测量可以是眼科设备100的全局水化水平的基础。

可以在眼科设备100的整个寿命期间执行局部和全局电阻率测量。在一些实施例中，可以周期性地进行测量，例如每15分钟进行一次，将得到的水化水平通信给外部读取器。在一些实施例中，如果水化水平下降到低于预设阈值，则可以通知用户解决将要出现的干燥。例如，用户可施用滴眼剂以增加眼睛和眼科设备100的水化，或者用户可移除眼科设备100并将其储存在水化溶液中直至水化水平达到期望水平。其他响应可以包括向用户警告在夜间消毒期间已经达到适当的水化水平。最后，水化水平可以用作调节干眼症患者的佩戴时间的手段，并且可以作为更大治疗方案的一部分来实施，以最小化与干眼症相结合的长期佩戴的有害症状。

图1B是根据本公开的实施例的眼科设备100的一部分的剖视图。图1B的剖视图示出了电极108A和108B彼此之间以及与外壳102的前侧和后侧的物理关系。另外，在两个电极108A和108B之间描绘了潜在电流路径。眼科设备100的其他方面未包括在108B中，以免模糊电极。

电极108A和108B可以共面布置，并且可以具有距外壳102的前表面114类似的距离。应注意，图1B和所有附图未按比例绘制。电极108A和108B可以设置在外壳102内，使得它们处于当被用户佩戴时将变得脱水的深度。使电极108A和108B处于“脱水区”可以确保当执行水化测量时两个电极之间的电流路径提供这样的测量。另外，由于脱水体积具有比水化体积更低的电阻率，因此两个电极108之间生成的电流可以优先流过外壳102的更少水化的体积。因此，电阻率测量和所得的水化水平可归因于外壳102的脱水区。

图1C是根据本公开的实施例的眼科设备100的剖视图。图1C的剖视图示出了多个电极108彼此之间以及与外壳102的前侧和后侧的物理关系。另外，在两对电极108A、108B和108C、108D之间描绘了潜在电流路径。没有包括眼科设备100的其他方面，以免模糊电极。

对于多个电极108中的每一个，各个电极108距外壳102的前表面114的距离可以不同。例如，电极108A可以在距离外壳102的前表面20微米的深度，而电极108D可以在距离相同表面50微米的深度。通常，电极可以放置在外壳102的厚度的20％至80％的范围内。

图2A是根据本公开的实施例的眼科设备200的平面图。眼科设备200可以是眼上佩戴设备，并且可以向用户提供视力矫正光学功率和调节。眼科设备200可以是眼科设备100的示例。眼科设备200的若干特征可以与眼科设备100的类似特征相似或类似，因此，为简洁起见，可以不参考图2详细讨论这些特征。眼科设备200可以包括用于确定眼科设备200的水化水平的电子器件和电极，其可以例如通过外部读取器提供给用户。

眼科设备200的所示实施例包括外壳202、控制电子器件204、天线206、多个电极208和插入件212。眼科设备200可以具有与眼科设备100类似的形状，例如具有凸出的前侧和凹入的后侧的盘形。外壳202可以由柔软的、生物相容的聚合物(例如硅水凝胶)形成，并且包围眼科设备200的各种其他特征。

插入件212可以是盘形插入件，其为控制电子器件204、天线206和多个电极208提供支撑。插入件212可以由刚性或半刚性材料形成。例如，插入件212可以由PMMA、刚性或半刚性透气聚合物或刚性硅胶形成。在一些实施例中，插入件212可以由若干单独的刚性或半刚性层形成，其中所述若干层中的至少一个形成为环形基板。插入件212可以具有至少覆盖用户眼睛的角膜的直径，但是可以小于外壳202的直径。例如，外壳204可以具有10至14毫米的直径，而插入件212可以具有6至8毫米的直径。另外，由于插入件212的厚度(关于光学方向)，眼科设备200的总厚度可以大于眼科设备100的总厚度。然而，在插入件212的前侧可存在约50微米的外壳204。

在一些实施例中，插入件212可包括跨越中心光学区域的动态光学器件。动态光学器件可以由一个或多个液晶型单元形成，该单元通过响应于施加的电压操纵一个或多个液晶型单元的折射率来提供调节。可替换地，动态光学器件可以由电润湿结构形成，该电润湿结构包括两种不混溶的流体，其响应于施加的电压提供可变形的折射镜片。无论所实现的动态光学器件的类型如何，所施加的电压以及各种其他控制信号可由控制电子器件204提供。

控制电子器件204可以设置在插入件212的至少一部分上，并且可以连接到天线206和多个电极208。在一些实施例中，控制电子器件可以设置在包括在插入件212中的环形基板上。天线206也可以设置在插入件212上，并且可以用于通信和/或能量收集。控制电子器件204可以经由多个导电迹线210(例如一对导电迹线210A和一对导电迹线210B)耦接到多个电极。多个导电迹线210可以将各个电极208电耦接到控制电子器件204，使得每个电极可以用电压和/或电流单独地通电。

控制电子器件204可包括用于控制眼科设备200的操作的各种功能块。例如，控制电子器件204可以具有控制动态光学器件、具有充电电路的电源、用于无线通信的通信组件的控制逻辑，以及用于驱动和监测多个电极208的控制逻辑。在一些实施例中，控制电子器件204可以形成在安装到基板的一个集成电路中。在其他实施例中，控制电子器件204可以由安装到一个或多个基板的多个集成电路形成。

多个电极208可以暴露于外壳202以执行水化确定操作。在一些实施例中，多个电极208可以设置在插入件212上或插入件212中(参见图2B)。在其他实施例中，多个电极208可以嵌入在插入件212的周边外部的外壳202中，但是电耦接到控制电子器件204(参见图2C)。多个电极208可以由沉积在插入件212的表面上或外壳202中的一种或多种导电金属形成。例如，多个电极208可以由铂、铂/铱合金、铱、金、钛或其组合形成。多个电极208中的每一个可以具有与外壳202接触的表面区域，以在电极之间生成电流。例如，电极208的几何面积可以是1至1×10⁶平方微米。

类似于眼科设备100，提供给多个电极208中的两个或更多个的电压可用于建立两个或更多个电极208之间的电位差，以便执行水化水平测量。例如，在两个电极208之间建立电位差可以在电极之间并通过介于其间的外壳202生成电流。在一些实施例中，AC电压可以以预选频率施加到两个或更多个电极208。所生成的AC响应电流可以与AC电压组合以确定阻抗值，该阻抗值可以由控制电子器件204计算。例如，使用高于10kHz的AC电压可以减小或消除在电极208的表面处形成的亥姆霍兹双层的电容效应。这样，所确定的阻抗的幅度可以提供至少在两个或更多个电极208之间的外壳202的电阻的指示。然后可以将电阻转换为眼科设备200的水化水平。

在一些实施例中，可以在两个相邻布置的电极(例如电极208A和208B)之间进行局部阻抗测量，以确定外壳202的局部水化水平。例如，控制电子器件204可以通过用不同的电压驱动每个电极来在电极208A和208B之间建立电位差。电位差可以在两个电极之间生成局部电流，导致局部化电流和局部化水化水平确定。可以在电极208C和208D之间做出类似的局部水化水平。

可替换地或另外地，可以在外壳202的相对侧上的电极或电极对之间进行全局电阻率测量。例如，可以在一对电极208A和208B中的一个与另一对电极208C和208D中的一个之间建立电位差。可替换地，每对的两个电极可以一起使用以在电极对之间相继建立电位差。例如，电极208A和208B都可以被驱动到第一电位，而电极208C和208D可以被驱动到第二电位，使得在两对电极之间生成电流。可以生成通过外壳204的全局电流，导致全局电阻率测量以确定外壳202的总体水化水平。全局电流也可以通过插入件212中的一些发生，但是可以取决于插入件212的水化水平。因为插入件212和外壳202可以由具有不同基础水化水平的不同材料形成，所以插入件212可以不会损失与外壳202一样多的水分。这样，大部分全局电流可以通过外壳202传播。然后，全局电阻率测量可以是眼科设备200的全局水化水平的基础。

响应于水化测量，可以通过眼科设备200执行各种响应。例如，眼科设备200可以向用户警告已经达到预设的水化阈值并且应该施加保湿液滴。在另一示例中，眼科设备200可以向用户警告在夜间消毒期间已达到适当的水化水平。在另一示例中，水化信号可以用作附加板上系统的输入，以调制、稳定、校准或以其他方式改善其功能或准确度，例如电光学(例如，折射率的变化)和葡萄糖传感器(局部水化状态)。最后，水化水平可以用作调节干眼症患者的佩戴时间的手段，并且可以作为更大治疗方案的一部分来实施，以最小化与干眼症相结合的长期佩戴的有害症状。

图2B是根据本公开的实施例的眼科设备205的剖视图。眼科设备205可以是眼科设备200的一种实施方式，其中多个电极208嵌入到插入件212中。尽管电极208可以嵌入插入件212中，但是电极208仍然可以暴露于外壳202，从而可以执行水化监测。虽然电极208被示出设置在插入件212中形成的沟槽的底部，但是可以想到其他实施方式，例如将电极208设置在插入件212的前侧表面上。

图2C是根据本公开的实施例的眼科设备215的剖视图。眼科设备215可以是眼科设备200的一个示例。眼科设备215的所示实施例包括外壳202、插入件214和多个电极208。然而，在眼科设备215中，多个电极在插入件212的周边外侧的半径处设置在外壳202内。电极至少电耦接到设置在插入件212上的控制电子器件。在一些实施例中，电极208也可以物理地，例如机械地，系在插入件212上。

图3是根据本公开的实施例的眼科设备300的功能框图。眼科设备300可以是眼上设备(例如隐形镜片或智能隐形镜片)，并且可以是眼科设备100、200、205和/或215的示例。在所描绘的实施例中，眼科设备300包括外壳材料320，外壳材料320形成为接触安装到眼睛的角膜表面。基板317嵌入在外壳材料310内或由外壳材料310围绕，以提供用于电源320、控制器325、天线340和各种互连310、345和350的安装表面。基板317和相关联的电子器件可以是控制电子器件104和/或204以及相关基板的一种实施方式。在一些实施例中，基板317可以是插入件212的一部分。然而，在一些实施例中，控制电子器件、互连、天线和电极可以设置在外壳302内而没有基板。电源320的所示实施例包括能量收集天线355、充电电路360和电池365。控制器325的所示实施例包括控制逻辑370、调节逻辑375和通信逻辑380。如图所示，调节致动器330(例如，动态光学器件)设置在外壳材料302中。

电源320向控制器325和/或调节致动器330提供操作电压。天线340由控制器325操作以将信息通信到眼科设备300和/或从眼科设备300通信信息。在所示实施例中，天线340、控制器325和电源320设置在基板317上/中，而调节致动器330设置在外壳材料310中(不在基板317中/上)。然而，在其他实施例中，取决于眼科设备300的具体设计，眼科设备300中包含的各种电路和设备可以设置在基板317中/上或外壳材料302中。例如，在一个实施例中，调节致动器330可以设置在设置在眼科设备300的中心光学区域内的一个或多个透明基板上。

基板317包括适于安装控制器325、电源320和天线340的一个或多个表面。基板317既可以用作基于芯片的电路的安装平台(例如，通过倒装芯片安装)和/或用作图案化导电材料(例如，金、铂、钯、钛、铜、铝、银、金属、其他导电材料、这些的组合等)的平台，以创建电极、互连、天线等。在一些实施例中，可以在基板317上图案化基本上透明的导电材料(例如，氧化铟锡或银纳米线网)以形成电路、电极等。例如，可以通过在基板317上沉积金或其他导电材料的图案来形成天线340。类似地，可以通过在基板317上沉积合适的导电材料图案来形成互连310、345和350。可以采用抗蚀剂、掩模和沉积技术的组合来在基板315上图案化各材料。基板317可以是相对刚性的材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”))或足以在结构上支撑外壳材料302内的电路和/或电子器件的另一种材料。可替换地，眼科设备300可以布置有一组未连接的基板而不是单个基板317。例如，控制器325和电源320可以安装到一个基板317，而天线340安装到另一基板317，并且两者可以经由互连电连接。基板317也可以是连续的半导体片，将所有或一些上述设备架构容纳为集成电路。

基板317可以成形为扁平环，其径向宽度尺寸足以为嵌入式电子组件提供安装平台。基板317可以具有足够小的厚度，以允许基板317嵌入外壳材料302中，而不会不利地影响眼科设备300的轮廓。基板317可以具有足够大的厚度，以提供适于支撑安装在其上的电子器件的结构稳定性。例如，基板317可以成形为直径为约10毫米、径向宽度为约1毫米(例如，外半径比内半径大1毫米)以及厚度为约50微米的环。在一些实施例中，基板317可以至少环绕中心光学区域。基板317可以可选地与眼科设备300的眼睛安装表面的曲率(例如，凸面)对准。例如，基板317可以沿着限定内半径和外半径的两个圆形分段之间的假想圆锥的表面成形。在这样的示例中，沿着假想圆锥的表面的基板317的表面限定了倾斜表面，该倾斜表面与该半径处的眼睛安装表面的曲率大致对齐。

在所示实施例中，电源320包括电池365以为包括控制器325的各种嵌入式电子器件供电。电池365可以由充电电路360和能量收集天线355感应充电。在一个实施例中，天线340和能量收集天线355是独立的天线，其服务于它们各自的能量收集和通信功能。在另一实施例中，能量收集天线355和天线340是相同的物理天线，例如天线106和/或206，它们各自的感应充电功能和与读取器307的无线通信功能是时间共享的。附加地或可替换地，电源320可以包括太阳能电池(“光伏电池”)以从进入的紫外、可见和/或红外辐射捕获能量。此外，可以包括惯性能量回收系统以从环境振动中捕获能量。

充电电路360可以包括整流器/调整器，用于调节所捕获的能量以对电池365充电或在没有电池365的情况下直接为功率控制器325充电。充电电路360还可以包括一个或多个能量存储设备，以减轻能量收集天线355中的高频变化。例如，可以连接一个或多个能量存储设备(例如，电容器、电感器等)以用作低通滤波器。

控制器325包含用于设计其他嵌入式组件的操作的逻辑。控制逻辑370控制眼科设备300的一般操作，包括提供逻辑用户界面、功率控制功能等。另外，控制逻辑370通过控制提供给各种电极108和/或208的AC电压来控制水化监测。控制逻辑370可以为各种电极108/208通电以执行局部和全局水化监测。被通电的电极可以通过外壳302生成电流，该电流可以由控制逻辑370测量并且由此确定阻抗值。控制逻辑370可以随后响应于阻抗值确定外壳302的水化水平。

调节逻辑375包括用于接收来自监测眼睛取向的传感器的信号、确定用户的当前凝视方向或焦距以及响应于这些物理提示操纵调节致动器330(隐形镜片的焦距)的逻辑。自动调节可以基于来自凝视跟踪的反馈实时实施，或者允许用户选择特定的调节方案(例如，用于阅读的近视野调节、用于常规活动的远视野调节等)。通信逻辑380提供用于经由天线340与读取器307进行无线通信的通信协议。在一个实施例中，当存在从读取器307输出的电磁场371时，通信逻辑380经由天线340提供反向散射通信。在一个实施例中，通信逻辑380作为智能无线射频识别(“RFID”)标签操作，其调制天线340的阻抗以用于反向散射无线通信。控制器325的各种逻辑模块可以在通用微处理器上执行的软件/固件中、硬件(例如，专用集成电路)中或两者的组合中实现。

眼科设备300可包括各种其他嵌入式电子器件和逻辑模块。例如，可以包括光源或像素阵列以向用户提供可视反馈。可以包括加速度计或陀螺仪以向控制器325提供位置、旋转、方向或加速度反馈信息。

所示实施例还包括具有处理器382、天线384和存储器386的读取器307。读取器307中的存储器386包括数据贮存器388和程序指令390。如图所示，读取器307可以设置在眼科设备300的外部，但是可以放置在其附近以为眼科设备300充电、向眼科设备300发送指令和/或从眼科设备300提取数据。在一个实施例中，读取器307可以类似于传统的隐形镜片支架，用户夜间将眼科设备300放置在其中以充电、提取数据、清洁镜头等。

外部读取器307包括天线384(或多于一个天线的组)，以向眼科设备300发送无线信号371和从眼科设备300接收无线信号371。外部读取器307还包括具有与存储器386通信的处理器382的计算系统。存储器386是非暂时性计算机可读介质，其可以包括但不限于磁盘、光盘、有机存储器和/或处理器382可读的任何其他易失性(例如，RAM)或非易失性(例如，ROM)存储系统。存储器386可以包括数据存储器388以存储诸如数据日志(例如，用户日志)、程序设置(例如，以调整眼科设备300和/或外部读取器307的行为)等的数据的指示。存储器386还可以包括程序指令390，用于由处理器382执行以使外部读取器307执行由指令390指定的处理。例如，程序指令390可以使外部读取器307提供允许取得从眼科设备300通信的信息、或者允许向眼科设备300传送信息以编程或以其他方式选择眼科设备300的操作模式的用户界面。外部读取器307还可以包括一个或多个硬件组件，用于操作天线384以向眼科设备300发送无线信号371和从眼科设备300接收无线信号371。

外部读取器307可以是智能电话、数字助理或具有足以提供无线通信链路371的无线连接的其他便携式计算设备。外部读取器307还可以实现为可以插入便携式计算设备的天线模块，例如在通信链路371以便携式计算设备中不常用的载波频率操作的实施例中。在一些情况下，外部读取器307是专用设备，其被配置为相对靠近佩戴者的眼睛佩戴，以允许无线通信链路371以低功率预算操作。例如，外部读取器307可以集成在一件珠宝(例如项链、耳环等)中，或者集成在头部附近穿戴的衣物(例如帽子、头带等)上。

本发明的所示实施例的以上描述，包括摘要中描述的内容，并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。尽管出于说明性目的在本文中描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内可以进行各种修改。

根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。以下权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的特定实施例。相反，本发明的范围完全由所附权利要求确定，所述权利要求应根据权利要求解释的既定原则来解释。

Claims (31)

1.一种眼科设备，包括：

外壳，具有佩戴在眼睛上的形状；

插入件，设置在所述外壳内，所述插入件包括眼科设备的中心光学区域；

控制电子器件，设置在所述插入件中或所述插入件上，所述控制电子器件被耦接以控制所述眼科设备的操作；以及

多个电极，设置在所述外壳内并被电耦接到所述控制电子器件，所述多个电极布置在所述眼科设备的中心光学区域的外部，

其中所述多个电极中的每个电极被电耦接以从所述控制电子器件接收相应电压以测量靠近所述多个电极的外壳区域的阻抗，所测量的阻抗指示所述靠近所述多个电极的外壳区域的水化水平。

2.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述多个电极彼此紧密布置，并且其中所述水化水平是所述外壳的局部水化水平。

3.根据权利要求2所述的眼科设备，其中所述多个电极包括两个电极。

4.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述多个电极中的各个电极布置在所述外壳的径向相对侧上，并且其中所述水化水平是所述外壳的全局水化水平。

5.根据权利要求4所述的眼科设备，其中所述多个电极包括两个电极。

6.根据权利要求4所述的眼科设备，其中所述多个电极包括布置成两对的四个电极，其中第一对电极设置在所述外壳的一侧，并且第二对电极设置在所述外壳的相对侧。

7.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述多个电极嵌入所述插入件中。

8.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述多个电极设置在所述插入件的周边外部的所述外壳中。

9.根据权利要求1所述的眼科设备，其中通过所述多个电极中的每个电极接收的相应电压在所述多个电极的各个电极之间建立交流AC电压激励信号，并且响应于所述电位差，在所述多个电极的各个电极之间的外壳内生成相应的AC响应电流。

10.根据权利要求9所述的眼科设备，其中，所述控制电子器件测量所生成的AC响应电流，并基于所述AC电压激励信号以及相应的AC响应电流的幅度和相位来确定所述阻抗。

11.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述相应电压是以预选频率生成的或在一定频率范围内扫描的交流AC电压。

12.根据权利要求11所述的眼科设备，其中所述AC电压具有低于用于电解水的阈值的峰-峰幅度，并且其中所述预选频率在从1kHz到1MHz的频率范围之间。

13.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述多个电极中的每一个设置在距所述外壳的前侧的深度处，所述深度的范围为所述外壳的厚度的20％至80％。

14.一种眼科设备，包括：

外壳，由生物相容材料形成，其形状适于在佩戴时佩戴在用户的眼睛上；

插入件，包括设置在所述外壳内的动态光学器件；

控制电子器件，设置在所述插入件中或所述插入件上，并且被耦接以控制所述动态光学器件和以定频率提供一个或多个交流AC电压；

多个电极，设置在所述外壳内并被电耦接到所述控制电子器件，

其中所述多个电极中的各个电极被耦接以从所述控制电子器件接收相应AC电压，并且

其中所述控制电子器件被耦接以基于响应于所述相应AC电压确定的外壳的阻抗来确定外壳区域的水化水平。

15.根据权利要求14所述的眼科设备，其中所述多个电极包括设置在所述插入件中或所述插入件上并且紧密布置的两个电极。

16.根据权利要求15所述的眼科设备，其中所述两个电极上的相应AC电压通过所述外壳的靠近所述两个电极的至少一部分生成相应的AC响应电流，其中所述控制电子器件被耦接以测量所述相应的AC响应电流和响应于所述相应AC电压和生成的AC响应电流确定所述外壳的阻抗，并且其中所述阻抗指示在所述两个电极周围的区域中外壳的水化水平。

17.根据权利要求14所述的眼科设备，其中所述多个电极包括布置在第一对电极和第二对电极中的四个电极，所述第一对电极和第二对电极设置在所述插入件的径向相对侧上。

18.根据权利要求17所述的眼科设备，其中所述四个电极上的相应AC电压在所述第一对电极和第二对电极之间建立AC电压激励信号，其中所述AC电压激励信号通过所述第一对电极和第二电极之间的所述外壳生成相应的AC响应电流，其中所述控制电子器件被耦接以测量所述相应的AC响应电流并响应于所述相应AC电压和生成的相应的AC响应电流确定所述第一对电极和第二对电极之间的外壳的阻抗，并且其中所述阻抗表示靠近所述第一对电极和第二对电极的外壳的水化水平。

19.根据权利要求14所述的眼科设备，其中所述多个电极嵌入所述插入件中。

20.根据权利要求14所述的眼科设备，其中所述多个电极系在所述插入件上并且设置在所述插入件的周边外部的所述外壳内。

21.根据权利要求14所述的眼科设备，还包括天线，所述天线设置在所述外壳内并被电耦接到所述控制电子器件。

22.根据权利要求14所述的眼科设备，其中所述多个电极中的每一个单独地被电耦接到所述控制电子器件。

23.根据权利要求14所述的眼科设备，其中所述动态光学器件设置在所述外壳的中心光学区域内，并且由所述插入件环绕。

24.根据权利要求14所述的眼科设备，其中所述多个电极设置在距所述外壳的前侧的深度处，所述深度的范围为所述外壳的厚度的20％至80％。

25.一种眼科设备，包括：

外壳，由生物相容性材料形成并且形成为在佩戴时贴合在眼睛的角膜上；

插入件，设置在所述外壳中，所述插入件包括所述眼科设备的中心光学区域；

多个电极，设置在所述外壳内并位于所述眼科设备的中心光学区域外；以及

控制电子器件，设置在所述插件中或所述插件上并被电耦接到所述多个电极，所述控制电子器件包括在执行时使控制电子器件执行以下的逻辑：

向所述多个电极提供交流AC电压以在所述多个电极的各个电极之间建立AC电压激励信号；

测量响应于所述AC电压激励信号在所述外壳中生成的AC响应电流；以及

基于所述AC电压和所测量的AC响应电流确定靠近所述多个电极的外壳的阻抗。

26.根据权利要求25所述的眼科设备，其中，所述逻辑还使得所述控制电子器件基于所确定的阻抗来确定所述外壳的水化水平。

27.根据权利要求25所述的眼科设备，还包括设置在所述外壳内并被电耦接到所述控制逻辑的天线，并且其中，所述逻辑还使得所述控制电子器件基于所确定的阻抗来传送指示所述外壳的水化水平的信息。

28.根据权利要求25所述的眼科设备，其中所述多个电极设置在所述插入件上。

29.根据权利要求25所述的眼科设备，其中，所述多个电极包括布置成两对电极的四个电极。

30.根据权利要求29所述的眼科设备，其中所述两对电极设置在所述中心光学区域的径向相对侧上，并且其中每对中的两个电极彼此紧密地布置。

31.根据权利要求25所述的眼科设备，还包括动态光学器件，所述动态光学器件设置在所述中心光学区域内并被电耦接到所述控制电子器件，并且其中所述逻辑还使得所述控制电子器件致动所述动态光学器件，以在佩戴所述眼科设备时为用户提供调节。