JP2021535773A - 眼用のインプラントを製造するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
特定の実施形態において、眼用のインプラントを製造するシステムは、レーザーと、カメラと、コンピュータと、を有する。レーザーは、材料を成形するべくレーザービームを放出する。カメラは、材料の成形を監視するべく、１つ又は複数の画像を生成する。コンピュータは、眼用の屈折治療を提供するよう設計された、インプラント用のパターンを保存し、パターンに従って材料を成形するためにレーザービームを制御するべく、レーザーに命令を送信し、パターンに従ってカメラからの画像を評価し、且つ、画像に応答して命令を調節する。
Description
本開示は、一般に、眼の屈折治療に関し、且つ、更に詳しくは、眼用のインプラントを製造するシステム及び方法に関する。
眼の屈折治療は、眼の屈折プロパティを変更することにより、屈折異常を低減して視力を改善するべく実行される技法を意味している。屈折異常は、眼の一部分が光を正しく折り曲げず、その結果、不鮮明な画像がもたらされる際に、発生する。屈折異常の主なタイプは、近視（近視眼）、遠視（遠視眼）、老眼（年齢に伴う近見視力の喪失）、及び乱視である。眼のインプラントは、屈折治療の１つのタイプにおいて使用されている。眼のインプラントは、屈折プロパティを変更して視力を改善するべく、眼内に埋植されている。
特定の実施形態においては、眼用のインプラントを製造するシステムは、レーザーと、カメラと、コンピュータと、を有する。レーザーは、材料を成形するべく、レーザービームを放出する。カメラは、材料の成形を監視するべく、１つ又は複数の画像を生成する。コンピュータは、眼用の屈折治療を提供するように設計されたインプラント用のパターンを保存し、パターンに従って材料を成形するためにレーザービームを制御するべく、命令をレーザーに送信し、パターンに従ってカメラからの画像を評価し、且つ、画像に応答して命令を調節する。
特定の実施形態においては、眼用のインプラントを製造する方法は、眼用の屈折治療を提供するように設計されたインプラント用のパターンにアクセスするステップを含む。パターンに従って材料を成形するためにレーザービームを制御するべく、命令がレーザーに送信される。材料の成形を監視するべく、材料の１つ又は複数の画像が生成される。画像がパターンに従って評価され、且つ、命令が画像に応答して調節される。
システム及び方法の実施形態は、以下の特徴のうちの、いずれをも含まなくてもよく、又は、１つ、いくつか、若しくはすべてを含んでいてもよい。
・レーザーは、材料を融除し、且つ／又は、材料を成形するべく材料内において切込みを生成している。
・カメラは、光干渉断層撮影（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システム、シャインプルーフシステム、又は立体カメラシステムを有する。
・プリンタは、材料を印刷することが可能であり、この場合に、プリンタは、材料をステージ上に堆積させるプリンタヘッドを有する。
・硬化イルミネータは、硬化光を材料に向かって導くことができる。
・コンピュータは、画像内の材料の形状を識別し、且つ、識別された形状をパターンによって定義された形状と比較することにより、パターンに従ってカメラからの画像を評価することができる。
・コンピュータは、望ましくない材料を除去するようにレーザーに命令することにより、画像に応答して命令を調節することができる。
・レーザーは、材料を融除し、且つ／又は、材料を成形するべく材料内において切込みを生成している。
・カメラは、光干渉断層撮影（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システム、シャインプルーフシステム、又は立体カメラシステムを有する。
・プリンタは、材料を印刷することが可能であり、この場合に、プリンタは、材料をステージ上に堆積させるプリンタヘッドを有する。
・硬化イルミネータは、硬化光を材料に向かって導くことができる。
・コンピュータは、画像内の材料の形状を識別し、且つ、識別された形状をパターンによって定義された形状と比較することにより、パターンに従ってカメラからの画像を評価することができる。
・コンピュータは、望ましくない材料を除去するようにレーザーに命令することにより、画像に応答して命令を調節することができる。
一例として、以下の添付の図を参照し、本開示の実施形態について更に詳細に説明する。
以下には、説明及び図面を参照することにより、開示されている装置、システム、及び方法の例示用の実施形態が詳細に示されている。当業者には明らかなように、開示されている実施形態は、例示を目的としており、且つ、すべての可能な実施形態を網羅するものではない。
図１は、眼用のインプラント１２を製造するシステム１０の一例を示している。システム１０は、眼用の屈折治療を提供するように設計されたインプラント用のパターン２０にアクセスするコンピュータ２２を含む。レーザー２４は、生物学的又は生体適合性材料を成形するべく、レーザービームを放出している。コンピュータ２２は、パターンに従って材料を成形するためにレーザービームを制御するべく、レーザー２４に命令を送信している。カメラ２６は、材料の成形を監視するべく画像を生成している。コンピュータ２２は、パターン２０に従ってカメラ２６からの画像を評価し、且つ、画像に応答して命令を調節している。
説明を支援するべく、本説明においては、レーザー眼科手術において使用されている座標系を参照している。この座標系においては、レーザービームが放出される方向がｚ軸を定義しており、且つ、ｘｙプレーンは、ｚ軸に垂直のプレーンである。
実施形態の一概要として、システム１０は、図示されているように結合された、コンピュータ２２、プリンタ１６、ステージ１４、レーザー２４、カメラ２６、及び硬化イルミネータ２８を有する。コンピュータ２２は、１つ又は複数のプロセッサ３０と、パターン２０を保存している１つ又は複数のメモリ３２と、を含む。プリンタ１６は、プリンタヘッド３４と、プリンタコントローラ３６と、を含む。動作の際に、コンピュータ２２は、パターン２０に従ってインプラント１２を製造する方法についてコンポーネントに通知するべく、命令をシステム１０のコンポーネントに送信している。プリンタ１６は、材料をターゲット上に印刷している。レーザー２４は、パターン２０に従って材料を成形している。硬化イルミネータ２８は、材料の硬化を促進する光によって材料を照射している。ステージ１４は、システム１０がインプラントを製造している最中に材料を支持するプラットフォームである。カメラ２６は、インプラント１２の生成を監視するべく画像を生成している。
インプラント１２は、眼の屈折治療を提供するべく眼内に手術によって埋植される、眼のインプラント、即ち、人工補助具である。インプラント１２が眼内に埋植され、且つ、眼が埋植から回復した際に、インプラント１２は、眼の屈折プロパティを変更して視力を改善する。インプラント１２の例は、角膜インレー、角膜アンレー、眼内レンズ、又は角膜移植組織を含む。角膜移植組織のケースにおいては、システム１０は、上皮、Ｂｏｗｍａｎ、ストロマ、及び／又は内皮細胞のような、細胞層を含みうる、「ドナー」組織を生成している。ドナー組織は、全層角膜移植（即ち、浸透性角膜移植術）又は裏層角膜移植（即ち、内皮角膜移植術）のために生成することができる。
インプラント１２は、任意の適切なサイズ又は形状を有することができる。例えば、インプラント１２は、円形であるか、又は環状であってよく、０．５〜１２ミリメートル（ｍｍ）の範囲内の、又は、０．５〜５ｍｍ、５ｍｍ〜８ｍｍ、若しくは８〜１２ｍｍなどのサブ範囲内の、直径を有する。特定の実施形態においては、インプラント１２は、透明な生体適合性を有する基材上において印刷された材料を有することができる。（このような材料の例については、後述する）。その他の実施形態においては、インプラント１２は、基材ではなく、材料を有することができる。インプラント１２の有効エリアは、例えば、その最大サイズにおいて瞳孔によって囲まれているエリアなどの、眼が観察しているエリアであってよい。
パターン２０は、インプラント２０の外部サイズ及び形状を記述しており、且つ、インプラント２０の内部構造を記述することもできる。内部構造は、材料が、インプラント２０の生成の際に堆積、硬化、及び／又は成形される方式の結果としてもたらされうる。特定の実施形態においては、パターン２０は、材料が、インプラント２０を形成しているそれぞれの層において堆積、硬化、及び／又は成形される方式を定義しうる。例えば、パターン２０は、材料が堆積されるべき場所、材料が硬化されるべきかどうか及びその方式、及び／又は材料が成形されるべきかどうか及びその方式を記述することにより、第１層が生成されるべき方式を定義することができる。パターン２０は、類似のタイプの説明を使用することにより、後続の層が生成されるべき方式を定義することができる。インプラント１２、内部構造、及びパターン２０の例は、図３Ａ〜図４Ｃにおいて示されている。
プリンタ１６は、デジタル命令に従ってターゲット上に材料を堆積させるように構成された任意の適切なプリンタであってよい。例えば、プリンタ１６は、特定の形状及びサイズにおいて構成された材料をもたらすように、材料の連続的な層を堆積させる、３Ｄ（又は、付加製造）プリンタであってよい。プリンタ１６は、プリンタヘッド４４と、プリンタコントローラ４６と、を含む。プリンタヘッド４４は、材料をターゲット上に導き、且つ、材料を表面上に堆積させる、任意の適切なプリンタ押出機であってよい。プリンタコントローラ４６は、材料をターゲットの特定の場所上に導くように、ｘ、ｙ、ｚ方向においてプリンタヘッドを運動させ、且つ、パターン２０に従ってプリンタヘッド４４を運動させるべく、コンピュータ２２から命令を受け取ることができる。プリンタ１６の例は、生物学的押出し（ｂｉｏ−ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）、インクジェット／マイクロバルブ、エレクトロスピニング、又はレーザー支援型プリンタを含む。
プリンタ１６は、生物学的な且つ／又は生体適合性を有する任意の適切な透明又は半透明材料を有する材料を印刷している。このような材料の例は、培養されたコラーゲン物質、人間又は動物細胞物質、生体適合性を有するプラスチック、ヒアルロナン、組み換えヒトコラーゲンＩＩＩ（ＲＨＣＩＩＩ）、ゼラチンメタクリレート、及び絹を含む。特定のケースにおいては、上皮がその上部において成長しうる材料を使用することができる。このような材料は、角膜細胞及び細胞外物質の最適な栄養補給、寿命を通じた光学的な透明性、及び上皮成長用の支援表面プロパティを提供することができる。
プリンタ１６は、材料をターゲット上に印刷し、ターゲットは、ステージ１４であってもよく、或いは、ステージ１４によって支持されたインプラント基材であってもよい。特定の実施形態においては、インプラント基材は、モールド上に堆積される材料の表面を成形するモールドであってよい。モールドは、眼内へのインプラント１２の埋植の前に除去することができる。その他の実施形態においては、インプラント基材は、インプラント２０の一部分を形成することができると共に、インプラント２０の残りの部分と共に眼内に埋植されている。これらの実施形態においては、インプラント基材は、上述のように、生物学的な且つ／又は生体適合性を有する、透明又は半透明の材料を有することができる。
レーザー２４は、パターン２０に従って材料を成形している。レーザー２４は、材料を成形しうるレーザービームを生成及び放出する任意の適切なレーザー装置であってよい。例えば、レーザー２４は、材料を成形するべく材料を融除するエキシマレーザーであってよい。別の例として、レーザー２４は、材料内において切込みを生成するべく材料を光切断するフェムトレーザーであってよい。切込みは、インプラントから除去されるべき別個の材料であってよい。レーザー２４は、レーザービームを生成するレーザーソース（例えば、エキシマ又はフェムト）と、レーザービームの焦点をターゲットの特定の地点まで導くスキャニングコンポーネント（例えば、オプティクス）と、を有しうる。コンピュータ２２は、例えば、融除により、或いは、切込みにより、除去されるべき材料の場所を記述することにより、材料を成形するように、レーザー２４に命令することができる。
硬化イルミネータ２８は、材料を硬化させるべく材料に向かって硬化光を導く、光源を含む。光は、材料の架橋を促進することにより、材料を硬化させることができる。硬化光の例は、紫外光又は（ＬＥＤ光などの）４００〜５００ｎｍの光を含む。コンピュータ２２は、材料が硬化されるべき時点、硬化時間、及び／又は硬化強度を通知することにより、材料を硬化させるように、硬化イルミネータ２８に命令することができる。
カメラ２６は、材料の印刷を監視するべく、材料の画像を生成している。カメラ２６は、物体の画像を生成しうる任意の適切なシステムを有することができる。画像を生成するべくＯＣＴスキャンを生成する、（時間ドメイン又は周波数ドメインＯＣＴシステムなどの）光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システムが、カメラ２６の一例である。その他の例は、Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇシステム（光断面計測）又は立体カメラシステムを含む。
コンピュータ２２は、パターン２０に従ってインプラント１２を製造する方式をコンポーネントに通知するべく、システム１０のコンポーネントに命令を送信している。例えば、コンピュータ２２は、パターン２０に従って材料を成形するべくレーザー２４に命令を送信している。特定の実施形態において、コンピュータ２２は、パターン２０に従って材料を印刷するためにプリンタヘッド３４を運動させるべく、プリンタコントローラ３６に命令を送信し、且つ／又は、パターン２０に従って硬化光を導くべく、硬化イルミネータ２８に命令を送信している。
これに加えて、コンピュータ２２はカメラ２６からの画像を評価し、且つ、画像に応答して命令を調節することができる。コンピュータ２２は、画像とパターン２０の間の差を判定するべく画像をパターン２０と比較することにより、パターン２０に従って画像を評価することができる。コンピュータ２２は、パターン２０によって定義されているインプラント１２の同一の特徴に対応する画像の特徴を識別するべく、画像を画像処理することができる。特徴は、例えば、外部形状又はサイズ又は内部構造であってよい。なんらかの差を検出するべく、対応する特徴が比較される。差が検出された場合には、差を低減するべく命令を調節することができる。例えば、画像が、材料が存在するべきではないことをパターン２０が通知している場所において材料を示している場合には、コンピュータ２２は、望ましくない材料を除去するように、レーザー２４に命令を送信することができる。別の例として、材料が存在するべきであるとパターン２０が通知している場所において、画像が材料を示していない場合には、コンピュータ２２は、より多くの材料を堆積させるようにプリンタ１６に命令を送信することができる。
コンピュータ２２は、インプラント１２の生成の際に任意の適切な時点において評価及び調節を実行することができる。例えば、コンピュータ２２は、評価及び調節を継続的に実行してもよく、或いは、例えば周期的に、特定の時点において評価及び調節を実行してもよい。
図２は、眼用のインプラント１２を製造する方法の別の例を示しており、これは、図１のシステム１０によって実行することができる。方法は、ステップ２００において始まっており、ここでは、コンピュータ２２が、ステージによって支持されている材料の所与のブロックから眼のインプラント１２を製造するためのパターン２０にアクセスしている。コンピュータ２２は、パターン２０に従ってインプラント１２を製造するべく、ステップ２０２において、システム１０のコンポーネントに命令を送信している。例えば、コンピュータ２２は、パターン２０に従って材料を成形するために、材料を融除するべく又は材料内において切込みを生成するべく、ステップ２０２ａにおいて、レーザー２４に命令を送信している。特定の実施形態において、コンピュータ２２は、材料の成形を継続するために、材料のブロック上に更に多くの材料を印刷するべく、ステップ２０２ｂにおいて、プリンタ１６に命令を送信してもよく、且つ／又は、材料に向かって硬化光を導くべく、ステップ２０２ｃにおいて、硬化イルミネータ２８に命令を送信してもよい。特定の実施形態において、コンピュータ２２は、レーザー２４が材料の別の面を成形することを許容するために、材料を反転させるべく、（例えば、ディスプレイ又は口頭コマンドを介して）ユーザーに、或いは、ロボットアームに、命令を送信してもよい。
ステップ２０４において、カメラ２６が、材料の画像を生成し、且つ、コンピュータ２２が、画像を評価している。コンピュータ２２は、画像の特徴（例えば、外部形状又はサイズ）とパターン２０によって定義された対応する特徴の間の差を判定するべく、画像をパターン２０と比較することにより、パターン２０に従って画像を評価することができる。例えば、コンピュータ２２は、画像内の材料の形状を識別することができると共に、識別された形状をパターンによって定義された形状と比較することができる。
コンピュータ２２は、ステップ２０６において、材料が満足できるものであるかどうかを判定する。材料は、特徴の間に差が存在していないか又は無視可能な差のみである場合に、満足できるものとなりうる。無視可能な差とは、結果的に得られる視力における知覚可能な差を生成しない差でありうる。
ステップ２０６において、材料が満足できるものではない場合には、方法はステップ２０８に進み、ここでは、コンピュータ２２が、画像に応答して命令を調節する。命令は、撮像された特徴とパターン特徴の間の差を低減するように調節することができる。例えば、命令は、融除により、或いは、切込みにより、望ましくない材料を除去するべく、調節することができる。
ステップ２０６において、材料が満足できるものである場合には、方法は、ステップ２１０に進み、ここではコンピュータ２２が、インプラント形成プロセスが終了したかどうかを判定する。プロセスが終了していない場合には、方法は、より多くの命令を送信するべく、ステップ２０２に戻る。プロセスが終了している場合には、方法は終了する。
図３Ａ及び図３Ｂは、図１のシステム１０によって製造されうる異なる外部形状を有するインプラント１２の例を示している。図３Ａのインプラント１２ａは、遠視の矯正のために使用することができると共に、図３Ｂのインプラント１２ｂは、近視の矯正のために使用することができる。図３Ａ（１）及び図３Ｂ（１）は、それぞれ、インプラント１２ａ及び１２ｂの平面図を示しており、且つ、図３Ａ（２）及び図３Ｂ（２）は、ラインＡ−Ａに沿った、それぞれ、インプラント１２ａ及び１２ｂの断面図を示している。
本明細書において開示されているシステム及び装置のコンポーネント（例えば、コンピュータ）は、インターフェイス、ロジック、及び／又はメモリを含んでいてもよく、これらのうちの任意のものは、ハードウェア及び／又はソフトウェアを含みうる。インターフェイスは、コンポーネントに対する入力を受け取ることが可能であり、コンポーネントからの出力を提供することが可能であり、且つ／又は、入力及び／又は出力を処理することができる。ロジックは、入力から出力を生成するべく、コンポーネントの動作を実行することが可能であり、例えば、命令を実行することができる。ロジックは、１つ若しくは複数のコンピュータ又は１つ若しくは複数のマイクロプロセッサなどの、プロセッサであってよい。ロジックは、コンピュータプログラム又はソフトウェアなどの、コンピュータによって実行されうる、メモリ内においてエンコーディングされたコンピュータ実行可能命令であってよい。メモリは、情報を保存することが可能であり、且つ、１つ又は複数の有体の、一時的ではない、コンピュータ可読である、コンピュータ実行可能ストレージ媒体を有することができる。メモリの例は、コンピュータメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））、マスストレージ媒体（例えば、ハードディスク）、着脱自在のストレージ媒体（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ：Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）又はデジタルビデオディスク（ＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｋ））、及びネットワークストレージ（例えば、サーバー又はデータベース）を含む。
本開示について特定の実施形態の観点において説明したが、当業者には実施形態の（置換、追加、変更、又は省略などの）変更が明らかとなろう。従って、本発明の範囲を逸脱することなしに、変更を実施形態に対して実施することができる。例えば、変更は、本明細書において開示されているシステム及び装置に対して実施することができる。システム及び装置のコンポーネントは統合又は分離されてもよく、システム及び装置の動作は、更に多くの数の、更に少ない数の、又はその他の、コンポーネントにより、実行されてもよい。別の例として、本明細書において開示されている方法に対して変更を実施することができる。方法は、更に多くの数の、更に少ない数の、又はその他の、ステップを含んでいてもよく、且つ、ステップは、任意の適切な順序において実行されてもよい。
Claims (15)
- 眼用のインプラントを製造するシステムであって、
材料を成形するべく、レーザービームを放出するように構成されたレーザーと、
前記材料の前記成形を監視するべく、１つ又は複数の画像を生成するように構成されたカメラと、
前記インプラント用のパターンを保存し、前記インプラントは、前記眼用の屈折治療を提供するように設計されており、
前記パターンに従って前記材料を成形するために前記レーザービームを制御するべく、前記レーザーに命令を送信し、
前記パターンに従って、前記カメラからの前記画像を評価し、且つ、
前記画像に応答して、前記命令を調節する、
ように構成されたコンピュータと、
を有するシステム。 - 前記レーザーは、前記材料を成形するべく前記材料を融除するように構成されている請求項１に記載のシステム。
- 前記レーザーは、前記材料を成形するべく前記材料内において切込みを生成するように構成されている請求項１に記載のシステム。
- 前記カメラは、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システム、シャインプルーフシステム、又は立体カメラシステムを有する請求項１に記載のシステム。
- 前記材料を印刷するように構成されたプリンタを更に有し、前記プリンタは、前記材料をステージ上に堆積させるように構成されたプリンタヘッドを有する請求項１に記載のシステム。
- 前記材料に向かって硬化光を導くように構成された硬化イルミネータを更に有する請求項１に記載のシステム。
- 前記コンピュータは、
前記画像内の前記材料の形状を識別し、且つ、
前記識別された形状を前記パターンによって定義された形状と比較する
ことにより、前記パターンに従って前記カメラからの前記画像を評価するように構成されている請求項１に記載のシステム。 - 前記コンピュータは、
望ましくない材料を除去するべく前記レーザーに命令する
ことにより、前記画像に応答して前記命令を調節するように構成されている請求項２に記載のシステム。 - 前記材料は、生物学的又は生体適合性材料を有する請求項１に記載のシステム。
- 眼用のインプラントを製造する方法であって、
前記眼用の屈折治療を提供するように設計された前記インプラント用のパターンにアクセスするステップと、
前記パターンに従って材料を成形するためにレーザービームを制御するべく、レーザーに命令を送信するステップと、
前記材料の前記成形を監視するべく、前記材料の１つ又は複数の画像を生成するステップと、
前記パターンに従って前記画像を評価するステップと、
前記画像に応答して前記命令を調節するステップと、
を有する方法。 - 前記レーザーに対して命令を送信する前記ステップは、前記材料を成形するために前記材料を融除するべく、前記レーザーに命令を送信するステップを有する請求項１０に記載の方法。
- 前記レーザーに命令を送信する前記ステップは、前記材料を成形するために前記材料内において切込みを生成するべく、前記レーザーに命令を送信するステップを有する請求項１０に記載の方法。
- 前記材料を印刷するべくプリンタに命令を送信するステップを更に有し、前記プリンタは、ステージ上に前記材料を堆積させるように構成されたプリンタヘッドを有する請求項１０に記載の方法。
- 前記パターンに従って前記画像を評価する前記ステップは、
前記画像内において前記材料の形状を識別するステップと、
前記識別された形状を前記パターンによって定義された形状と比較するステップと、
を更に有する請求項１０に記載の方法。 - 前記画像に応答して前記命令を調節する前記ステップは、望ましくない材料を除去するように前記レーザーに命令するステップを更に有する請求項１０に記載の方法。
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