CN111683631A - 通过将材料打印到靶区上的眼睛屈光治疗 - Google Patents

通过将材料打印到靶区上的眼睛屈光治疗 Download PDF

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Abstract

在某些实施例中，一种用于进行眼睛的屈光治疗的系统包括激光器、打印机、以及计算机。激光器发射激光束，以使眼睛准备好进行屈光治疗。打印机将材料打印到靶区的打印区域上。打印机包括打印机头和打印机控制器。打印机头将材料引导至打印区域，并且打印机控制器使打印机头移动以将材料引导至打印区域的特定位置。计算机包括存储器和处理器。存储器存储用于靶区的图案的指令。图案被设计成为眼睛提供屈光治疗。处理器指导打印机控制器移动打印机头，以根据图案将材料打印到打印区域上。

Description

通过将材料打印到靶区上的眼睛屈光治疗
技术领域
本披露总体上涉及眼睛的屈光治疗、更具体地涉及通过将材料打印到靶区上的眼睛屈光治疗。
背景技术
眼睛的屈光治疗是指为改善视力而改变眼睛的屈光特性以减少屈光不正所进行的手术。当眼睛的形状没有正确弯曲光线时屈光不正发生，从而导致图像模糊。屈光不正的主要类型是近视(近视眼)、远视(远视眼)、老花眼(近视力随年龄增长而丧失)、以及散光。典型的屈光治疗包括激光原位角膜磨削术(LASIK)、准分子激光屈光性角膜切削术(PRK)、放射状角膜切开术(RK)、散光性角膜切开术(AK)、自动板层角膜移植术(ALK)、激光角膜热成形术(LTK)、传导性角膜成形术(CK)、以及角膜内环(Intacs)。
发明内容
在某些实施例中，一种用于进行眼睛的屈光治疗的系统包括激光器、打印机、以及计算机。激光器发射激光束，以使眼睛准备好进行屈光治疗。打印机将材料打印到靶区的打印区域上。打印机包括打印机头和打印机控制器。打印机头将材料引导至打印区域，并且打印机控制器使打印机头移动以将材料引导至打印区域的特定位置。计算机包括存储器和处理器。存储器存储用于靶区的图案的指令。图案被设计成为眼睛提供屈光治疗。处理器指导打印机控制器移动打印机头，以根据图案将材料打印到打印区域上。
在某些实施例中，用于进行眼睛的屈光治疗的方法包括从激光器发射激光束，以使眼睛准备好进行屈光治疗。计算机与打印机通信，打印机被配置用于将材料打印到靶区的打印区域上，其中打印机包括打印机头和打印机控制器，打印机头将材料引导至打印区域，打印机控制器使打印机头移动以将材料引导至打印区域的特定位置。计算机访问用于靶区的图案的指令，其中图案被设计成为眼睛提供屈光治疗。计算机指导打印机控制器移动打印机头，以根据图案将材料打印到打印区域上。
附图说明
参考附图以举例方式更详细描述本披露的实施例，在附图中：
图1展示了用于眼睛的屈光治疗的系统的实例；
图2展示了用于眼睛的屈光治疗的方法的实例；
图3展示了图1的系统创建的用于矫正远视的植入物的实例；
图4展示了通过图1的系统沉积的用于矫正远视的材料的实例；
图5展示了通过图1的系统沉积的用于矫正散光和/或提高生物力学稳定性的材料的实例；以及
图6展示了通过图1的系统沉积的用于矫正近视的材料的实例。
具体实施方式
现在参考说明书和附图，详细示出了所披露的设备、系统、方法的示例性实施例。对于本领域普通技术人员而言明显的是，所披露的实施例是示例性的而并非是所有可能的实施例的穷举。
图1展示了用于眼睛12a的屈光治疗的系统10的实例。系统10包括打印机14，该打印机根据被设计成为眼睛12a提供屈光治疗的图案16来将材料(例如，生物或生物相容性材料)打印到靶区12的打印区域上。在一些情况下，靶区12可以是眼睛12a，打印机14将材料直接打印到眼睛12a上，以进行屈光治疗。在一些情况下，靶区12可以是植入物基材12b。当用材料打印植入物基材12b时，它产生待植入眼睛12a中以用于屈光治疗的植入物。
在所展示的实施例中，系统10包括计算机20、打印机14、激光器22、眼球跟踪器24、固定光束系统26、机械固定物27、相机28、固化照明器30、以及分配器32。计算机20包括一个或多个处理器40和存储图案16的一个或多个存储器42。打印机14包括打印机头44和打印机控制器46。
作为概述，在某些实施例中，计算机20控制系统10的部件。激光器22通过例如使眼睛12a的角膜的待打印区域暴露或者在角膜内制作切口以接纳植入物来使眼睛12a准备好进行屈光治疗。存储器42存储被设计成为眼睛12a提供屈光治疗的图案16。打印机14根据图案16来将材料打印到靶区12上。固定光束系统26和/或机械固定物27稳定靶区12，以减少靶区12的移动。眼球跟踪器24跟踪靶区12的移动，并将描述移动的信息发送至计算机20，作为响应，计算机可以指导打印机14对移动进行补偿。固化照明器30用促进材料固化的光照射所打印的材料。分配器32分配促进材料粘合到靶区12上的粘合剂和/或促进角膜内的交联的交联溶液。相机28生成治疗图像以辅助监测治疗。
系统10为眼睛12a提供屈光治疗。屈光治疗包括改变眼睛12a的屈光特性以改善视力的过程。图案16指示材料应该被打印在靶区12的打印区域上的位置，以便产生改善视力的结果(例如，最终角膜形状)。例如，图案16可以指示材料应该被打印在眼睛12a的打印区域上的位置，使得在眼睛12a从手术中恢复之后，所打印的材料产生眼睛12a的改善眼睛12a视力的形状。作为另一个实例，图案16可以指示材料应该被打印在植入物基材12b的打印区域上的位置，以产生植入物，使得在眼睛12a从植入手术恢复之后，植入物改善了眼睛12a视力。图3至图6展示了图案16的实例。
在一些实施例中，靶区12是眼睛12a，比如人或其他动物的眼睛。在其他实施例中，靶区12是眼睛植入物的植入物基材12b。眼睛植入物是通过手术植入眼睛12a中以改善视力的人工辅助物。植入物基材12b是可以将材料打印到其上以形成植入物的基材。植入物基材12b可以包括任何合适的透明生物相容性材料，例如，透明质酸(又称为玻璃酸)或胶原蛋白。植入物基材12b可以具有任何合适的尺寸和形状。例如，植入物基材12b可以是圆形或环形的，其直径在0.5毫米至12毫米(mm)的范围内，或者在比如0.5mm至5mm、5mm至8mm、和/或8mm至12mm等子范围内。靶区12的打印区域可以是在其上打印材料的区域。
为了有助于描述，本说明书使用了眼科手术中常用的坐标系。在这个坐标系中，在眼睛上操作的激光束限定了z轴，而xy平面垂直于z轴。总体上，xy平面与眼睛的瞳孔、尖端或顶点所限定的平面重合。
固定光束系统26和/或机械固定物27稳定靶区12，以减少靶区12的移动。固定光束系统26提供固定光束，病人注视该固定光束上以避免移动眼睛12a。机械固定物27附着至眼睛12a上，以减少或防止眼睛12a的移动。机械固定物27的实例包括比如角膜吸环等患者接口。
激光器22使眼睛12a准备好进行屈光治疗。激光器22可以是任何合适的激光手术装置，该激光手术装置产生并发射与眼睛12a的角膜相互作用(例如，光致破裂或光切除)的激光束。激光手术装置典型地包括产生激光束的激光源(例如，飞秒或准分子)、以及引导激光束聚焦至靶区的特定点的扫描部件(例如，光学器件)。激光器22通过以任何合适的方式与角膜相互作用来使眼睛12a准备好进行治疗。例如，激光器22可以通过在角膜中创建膜瓣或去除眼睛12a的全部或部分上皮组织(例如，光治疗性角膜切削术(PTK))来使眼睛12a的角膜的打印区域暴露。作为另一个实例，激光器22可以在角膜内制作切口(例如，凹部)以接纳植入物。作为另一个实例，激光器22可以进行治疗的后续步骤。例如，激光器22可以使角膜或所打印的材料成形为产生处方屈光特性，或者执行其他操作以完成治疗。在某些实施例中，激光器22可以包含产生不同激光束的不同激光源，例如，激光器22可以具有产生使角膜或所打印的材料光致破裂的光束、以及切除角膜或所打印的材料的光束的源。
打印机14将材料打印到靶区12的打印区域上，并且可以包括任何合适的、被配置成根据数字指令将材料沉积到打印区域上的打印机。例如，打印机14可以是3D、或增材制造打印机，该打印机沉积连续的材料层以产生以特定形状和尺寸配置的材料。打印机14包括打印机头44和打印机控制器46。打印机头44将材料引导至打印区域，并且可以是任何合适的、将材料沉积到表面上的打印机挤出机。打印机控制器46使打印机头沿x、y、z方向移动，以将材料引导至打印区域的特定位置，并且可以接收计算机20的指令，以根据图案16移动打印机头44。
材料包括任何合适的生物和/或生物相容性的透明或半透明材料。这种材料的实例包括培养的胶原蛋白材料、人或动物细胞材料、生物相容性塑料、或透明质酸。在某些情况下，也可以使用上皮组织可以在其上生长的材料。这种材料可以为角膜细胞和细胞外材料提供最佳营养，在使用期内具有光学透明性，并具有支持上皮组织生长的表面特性。
眼球跟踪器24跟踪靶区12的移动，以帮助在靶区12上精确打印材料。眼球跟踪器24可以跟踪眼睛12a，因为靶区眼睛12a比靶区植入物基材12b更可能移动和需要跟踪。然而，眼球跟踪器24可以用于跟踪任何类型的靶区12。眼球跟踪器检测眼睛12a的平移移动和/或角度(或旋转)移动。在某些实施例中，图像处理用于定位眼睛12a的中心点，例如瞳孔，以确定平移移动。图像处理用于定位眼睛12a的特征(例如血管、虹膜特征或任何其他适当的特征)，以确定角度移动。
当眼球跟踪器24检测到靶区12的移动时，眼球跟踪器24通知计算机20，该计算机调整对打印机控制器46的指令，以对靶区12的移动进行补偿。例如，如果靶区12平移和/或旋转特定量，则打印机控制器46通过平移和/或旋转图案16那个特定量来对移动进行补偿。
在其他实施例中，接口可以将靶区12固定或保持在希望的地点和位置，使得可以不需要眼球跟踪器24。例如，患者接口可以通过使用例如吸力来将眼睛12a保持在位。
固化照明器30用使材料固化的光照射打印区域。光可以通过促进材料和可选的眼睛角膜的交联来使材料固化。固化光的实例包括紫外光或400nm与500nm之间的光(比如LED光)。
分配器32在手术过程中将液体沉积到靶区12上。例如，分配器32将角膜交联溶液引导至眼睛12a，该角膜交联溶液促进眼睛12a的角膜交联。角膜交联溶液的实例包括核黄素溶液或其他合适的溶液。作为另一个实例，分配器32将粘合剂引导至打印区域，该粘合剂促进材料粘合到打印区域上。粘合剂可以包括纤维蛋白。
相机28生成打印区域的图像，以监视材料的打印。相机28可以包括任何合适的、可以生成物体图像的系统。相机28的实例包括OCT系统(比如时域或频域OCT系统)，该系统生成可用于创建打印区域图像的OCT扫描。
图2展示了通过将材料打印到靶区12上来对眼睛12a进行屈光治疗的方法的实例，该方法可以由图1的系统10执行。该方法在步骤110开始，其中激光器22使眼睛12a准备好进行屈光治疗。取决于手术，激光器22可以：在眼睛12a的角膜中创建膜瓣来为LASIK手术做好准备；在角膜中创建被设计成用于接纳角膜植入物的凹部；或者去除眼睛12a的上皮组织来为PRK手术做好准备。
在步骤112，准备靶区12的打印区域。靶区12可以是眼睛12a本身或待植入眼睛12a中的植入物的植入物基材12b。可以以任何合适的方式准备打印区域。例如，分配器32可以将粘合剂引导至打印区域，该粘合剂促进材料粘合到打印区域上。在步骤114，相机28生成打印区域的图像(比如OCT扫描图像)，以监视材料的打印。
在步骤116，打印机14根据被设计成为眼睛12a提供屈光治疗的图案16来将材料打印到打印区域上。材料可以是任何合适的生物和/或生物相容性的透明材料。注意的是，如果靶区12是植入物基材12b，步骤116可以在手术之前执行，使得步骤116发生在步骤110之前。
在步骤117，眼球跟踪器24跟踪靶区12的移动。在步骤118，可以检测移动。如果检测到移动，计算机20接收描述靶区12的移动的信息，并指导打印机14对移动进行补偿。然后，该方法移动至步骤122。如果没有检测到移动，该方法直接移动至步骤122。在使用患者接口将靶区12固定在位的实施例中，该方法通常不执行步骤117、118和122。
在步骤122，固化照明器用使材料固化的光照射打印区域。步骤124取决于手术以及靶区12是眼睛12a还是植入物基材12b。如果靶区12是植入物基材12b，该方法移动至步骤126，其中植入物插入眼睛12a中。然后，该方法移至步骤128。如果靶区12是眼睛12a，该方法直接移动至步骤128。
在步骤128，分配器32将角膜交联溶液引导至眼睛12a，该角膜交联溶液促进角膜交联。在步骤130，完成手术，该步骤取决于手术。例如，在LASIK手术中，完成手术可以包括闭合膜瓣。然后，所述方法结束。该方法结束之后，愈合过程开始。例如，如果该方法去除上皮组织，则其在所打印的植入物上重新生长。
图3至图6展示了植入物和沉积的材料，这些植入物和沉积的材料可以使用指导创建3D形状的图案16来创建。图案16可以存储为3D可打印文件，比如出自由3D系统创建的立体光刻CAD软件的STL文件格式。
图3展示了系统10创建的用于矫正远视的植入物54的实例。在该实例中，眼睛12a具有角膜50和上皮组织52。植入物54的形状可以类似于接触透镜的形状，并且插入角膜50的凹部56中。
图4展示了通过系统10沉积的用于矫正远视的材料60的实例。在该实例中，部分上皮组织52被去除。系统10以矫正远视的形状将材料60沉积到角膜50的暴露的基质上。沉积的材料60可以具有沉积在基质上的薄层形状。上皮组织52在材料60上生长。
图5展示了通过系统10沉积的用于矫正散光和/或提高生物力学稳定性(例如，圆锥形角膜)的材料60的实例。在该实例中，部分上皮组织52被去除。系统10以矫正散光和/或提高生物力学稳定性的形状将材料60沉积到角膜50的暴露的基质上。沉积的材料60可以具有布置在基质上的圆顶形状。上皮组织52在材料60上生长。
图6展示了通过系统10沉积的用于矫正近视的材料60的实例。在该实例中，部分上皮组织52被去除。系统10以矫正近视的形状将材料60沉积到角膜50的暴露的基质上。沉积的材料60可以具有沉积在基质上的环形圈形状。上皮组织52在材料60上生长。
本文中披露的系统和设备的部件(例如，计算机)可以包括接口、逻辑和/或存储器，其中的任何一个都可以包括硬件和/或软件。接口可以接收部件的输入，提供部件的输出，和/或处理输入和/或输出。逻辑可以执行部件的操作，例如执行根据输入生成输出的指令。逻辑可以是处理器，比如一个或多个计算机或一个或多个微处理器。逻辑可以是计算机(诸如计算机程序或软件)可以执行的被编码在存储器中的计算机-可执行指令。存储器可以存储信息并且可以包括一个或多个有形的、非暂时的、计算机可读的、计算机可执行的存储介质。存储器的实例包括计算机存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM))、大容量存储介质(例如，硬盘)、可移动存储介质(例如，光盘(CD)或数字视频光盘(DVD))、以及网络存储装置(例如，服务器或数据库)。
尽管本披露已经就某些实施例进行了描述，但是实施例的修改(比如替换、增加、改变、或省略)对本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，可以在不脱离本披露范围的情况下对实施例做出修改。例如，可以对本文披露的系统和设备做出修改。系统和设备的部件可以是一体的或分开的，并且系统和设备的操作可以由更多、更少或其他部件来执行。作为另一个实例，可以对本文披露的方法做出修改。方法可以包括更多、更少或其他步骤，并且步骤可以以任何合适的顺序来执行。

Claims (20)

1.一种用于进行眼睛的屈光治疗的系统，该系统包括：
激光器，该激光器被配置用于发射激光束，以使该眼睛准备好进行该屈光治疗；
打印机，该打印机被配置用于将材料打印到靶区的打印区域上，该打印机包括：
被配置用于将该材料引导至该打印区域的打印机头，以及
被配置用于使该打印机头移动以将该材料引导至该打印区域的特定位置的打印机控制器；
计算机，该计算机包括：
存储器，该存储器被配置用于存储用于该靶区的图案的指令，该图案被设计成为该眼睛提供该屈光治疗，以及
一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置用于：
指导该打印机控制器移动该打印机头，以根据该图案将该材料打印到该打印区域上。
2.如权利要求1所述的系统：
进一步包括眼球跟踪器，该眼球跟踪器被配置用于跟踪该靶区的移动；
该一个或多个处理器被进一步配置用于：
接收描述该靶区的移动的信息；以及
调整对该打印机控制器的指令，以对该靶区的移动进行补偿。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包括接口，该接口被配置用于将该靶区保持在特定地点和位置。
4.如权利要求1所述的系统，该靶区包括该眼睛。
5.如权利要求1所述的系统，该靶区包括植入物的植入物基材，该植入物被配置成待植入该眼睛中。
6.如权利要求1所述的系统，该激光器被配置用于通过在该眼睛的角膜中创建膜瓣来使该眼睛做好准备。
7.如权利要求1所述的系统，该激光器被配置用于通过在该眼睛的角膜中创建凹部来使该眼睛做好准备。
8.如权利要求1所述的系统，该激光器被配置用于通过去除该眼睛的上皮组织来使该眼睛做好准备。
9.如权利要求1所述的系统，进一步包括固化照明器，该固化照明器被配置为用使该材料固化的光照射该打印区域。
10.如权利要求1所述的系统，进一步包括分配器，该分配器被配置用于将角膜交联溶液引导至该眼睛，该角膜交联溶液促进该眼睛的角膜交联。
11.如权利要求1所述的系统，进一步包括分配器，该分配器被配置用于将粘合剂引导至该打印区域，该粘合剂促进该材料粘合到该打印区域上。
12.如权利要求1所述的系统，进一步包括相机，该相机被配置用于生成该打印区域的图像，以监视该材料的打印。
13.如权利要求1所述的系统，该材料包括生物或生物相容性材料。
14.如权利要求1所述的系统，该激光器被进一步配置用于执行该屈光治疗的后续步骤。
15.一种用于进行眼睛的屈光治疗的方法，该方法包括：
从激光器发射激光束，以使该眼睛准备好进行该屈光治疗；
通过计算机与打印机通信，该打印机被配置用于将材料打印到靶区的打印区域上，该打印机包括打印机头和打印机控制器，该打印机头被配置用于将该材料引导至该打印区域，该打印机控制器被配置用于使该打印机头移动以将该材料引导至该打印区域的特定位置；以及
通过该计算机访问用于该靶区的图案的指令，该图案被设计成为该眼睛提供该屈光治疗；以及
该计算机指导该打印机控制器移动该打印机头，以根据该图案将材料打印到该打印区域上。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
使用眼球跟踪器跟踪该靶区的移动；
接收描述该靶区的移动的信息；以及
调整对该打印机控制器的指令，以对该靶区的移动进行补偿。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
提供接口，该接口被配置用于将该靶区保持在特定地点和位置。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
用使该材料固化的光照射该打印区域。
19.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
将角膜交联溶液引导至该眼睛，该角膜交联溶液促进该眼睛的角膜交联。
20.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
将粘合剂引导至该打印区域，该粘合剂促进该材料粘合到该打印区域上。
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