TW201936136A - 藉由將材料印刷到靶區上的眼睛屈光治療 - Google Patents

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Abstract

在某些實施方式中，一種用於進行眼睛的屈光治療的系統包括雷射器、印刷機、以及電腦。雷射器發射雷射束，以使眼睛為屈光治療做好準備。印刷機將材料印刷到靶區的印刷範圍上。印刷機包括印刷機頭和印刷機控制器。印刷機頭將材料引導至印刷範圍，並且印刷機控制器使印刷機頭移動以將材料引導至印刷範圍的特定位置。電腦包括記憶體和處理器。記憶體存儲用於靶區的圖案的指令。圖案被設計成為眼睛提供屈光治療。處理器指示印刷機控制器移動印刷機頭，以根據圖案將材料印刷到印刷範圍上。

Description

藉由將材料印刷到靶區上的眼睛屈光治療
本揭露總體上涉及眼睛的屈光治療（refractive treatment）、更具體地涉及藉由將材料印刷（print）到靶區上的眼睛屈光治療。
眼睛的屈光治療是指為改善視力而改變眼睛的屈光特性以減少屈光不正所進行的手術。當眼睛的形狀沒有正確彎曲光線時屈光不正發生，從而導致圖像模糊。屈光不正的主要類型是近視（近視眼）、遠視（遠視眼）、老花眼（近視力隨年齡增長而喪失）、以及散光。典型的屈光治療包括雷射原位角膜磨削術（LASIK）、屈光性角膜切削術（PRK）、放射狀角膜切開術（RK）、散光性角膜切開術（AK）、自動板層角膜移植術（ALK）、雷射角膜熱成形術（LTK）、傳導性角膜成形術（CK）、以及角膜內環（Intacs）。
在某些實施方式中，一種用於進行眼睛的屈光治療的系統包括雷射器、印刷機、以及電腦。雷射器發射雷射束，以使眼睛為屈光治療做好準備。印刷機將材料印刷到靶區的印刷範圍上。印刷機包括印刷機頭和印刷機控制器。印刷機頭將材料引導至印刷範圍，並且印刷機控制器使印刷機頭移動以將材料引導至印刷範圍的特定位置。電腦包括記憶體和處理器。記憶體存儲用於靶區的圖案的指令。圖案被設計成為眼睛提供屈光治療。處理器指示印刷機控制器移動印刷機頭，以根據圖案將材料印刷到印刷範圍上。
在某些實施方式中，用於進行眼睛的屈光治療的方法包括從雷射器發射雷射束，以使眼睛為屈光治療做好準備。電腦與印刷機通信，印刷機被配置用於將材料印刷到靶區的印刷範圍上，其中印刷機包括印刷機頭和印刷機控制器，印刷機頭將材料引導至印刷範圍，印刷機控制器使印刷機頭移動以將材料引導至印刷範圍的特定位置。電腦訪問用於靶區的圖案的指令，其中圖案被設計成為眼睛提供屈光治療。電腦指示印刷機控制器移動印刷機頭，以根據圖案將材料印刷到印刷範圍上。
現在參考說明書和附圖，詳細地示出了所揭露的裝置、系統和方法之示例性實施方式。對熟悉該項技術者顯而易見的是，所揭露的實施方式是示例性的而非是所有可能的實施方式的窮舉。
圖1展示了用於眼睛12a的屈光治療的系統10的實例。系統10包括印刷機14，該印刷機根據被設計成為眼睛12a提供屈光治療的圖案16來將材料（例如，生物或生物相容性材料）印刷到靶區12的印刷範圍上。在一些情況下，靶區12可以是眼睛12a，印刷機14將材料直接印刷到眼睛12a上，以進行屈光治療。在一些情況下，靶區12可以是植入物基材12b。當用材料印刷植入物基材12b時，它產生待植入眼睛12a中以用於屈光治療的植入物。
在所展示的實施方式中，系統10包括電腦20、印刷機14、雷射器22、眼球跟蹤器24、固定光束系統26、機械固定物27、相機28、固化照明器30、以及分配器32。電腦20包括一個或多個處理器40和存儲圖案16的一個或多個記憶體42。印刷機14包括印刷機頭44和印刷機控制器46。
作為概述，在某些實施方式中，電腦20控制系統10的部件。雷射器22藉由例如使眼睛12a的角膜的待印刷範圍暴露或者在角膜內製作切口以接納植入物來使眼睛12a為屈光治療做好準備。記憶體42存儲被設計成為眼睛12a提供屈光治療的圖案16。印刷機14根據圖案16來將材料印刷到靶區12上。固定光束系統26和/或機械固定物27穩定靶區12，以減少靶區12的移動。眼球跟蹤器24跟蹤靶區12的移動，並將描述移動的資訊發送至電腦20，作為回應，電腦可以指示印刷機14對移動進行補償。固化照明器30用促進材料固化的光照射所印刷的材料。分配器32分配促進材料黏合到靶區12上的黏合劑和/或促進角膜內的交聯的交聯溶液。相機28生成治療圖像以輔助監測治療。
系統10為眼睛12a提供屈光治療。屈光治療包括改變眼睛12a的屈光特性以改善視力的過程。圖案16指示材料應該被印刷在靶區12的印刷範圍上的位置，以便產生改善視力的結果（例如，最終角膜形狀）。例如，圖案16可以指示材料應該被印刷在眼睛12a的印刷範圍上的位置，使得在眼睛12a從手術中恢復之後，所印刷的材料產生眼睛12a的改善眼睛12a視力的形狀。作為另一個實例，圖案16可以指示材料應該被印刷在植入物基材12b的印刷範圍上的位置，以產生植入物，使得在眼睛12a從植入手術恢復之後，植入物改善了眼睛12a視力。圖3至圖6展示了圖案16的實例。
在一些實施方式中，靶區12是眼睛12a，比如人或其他動物的眼睛。在其他實施方式中，靶區12是眼睛植入物的植入物基材12b。眼睛植入物是藉由手術植入眼睛12a中以改善視力的人工輔助物。植入物基材12b是可以將材料印刷到其上以形成植入物的基材。植入物基材12b可以包括任何合適的透明生物相容性材料，例如，透明質酸（又稱為玻璃酸）或膠原蛋白。植入物基材12b可以具有任何合適的尺寸和形狀。例如，植入物基材12b可以是圓形或環形的，其直徑在0.5毫米至12毫米（mm）的範圍內，或者在比如0.5 mm至5 mm、5 mm至8 mm、和/或8 mm至12 mm等子範圍內。靶區12的印刷範圍可以是在其上印刷材料的區域。
為了有助於描述，本說明書使用了眼科手術中常用的坐標系。在這個坐標系中，在眼睛上操作的雷射束限定了z軸，而xy平面垂直於z軸。總體上，xy平面與眼睛的瞳孔、尖端或頂點所限定的平面重合。
固定光束系統26和/或機械固定物27穩定靶區12，以減少靶區12的移動。固定光束系統26提供固定光束，病人注視該固定光束上以避免移動眼睛12a。機械固定物27附著至眼睛12a上，以減少或防止眼睛12a的移動。機械固定物27的實例包括比如角膜吸環等患者介面。
雷射器22使眼睛12a為屈光治療做好準備。雷射器22可以是任何合適的雷射手術裝置，該雷射手術裝置產生並發射與眼睛12a的角膜相互作用（例如，光致破裂或光光切除）的雷射束。雷射手術裝置典型地包括產生雷射束的雷射源（例如，飛秒或準分子）、以及引導雷射束聚焦至靶區的特定點的掃描部件（例如，光學器件）。雷射器22藉由以任何合適的方式與角膜相互作用來使眼睛12a為治療做好準備。例如，雷射器22可以藉由在角膜中創建膜瓣或去除眼睛12a的全部或部分上皮組織（例如，光治療性角膜切削術（PTK））來使眼睛12a的角膜的印刷範圍暴露。作為另一個實例，雷射器22可以在角膜內製作切口（例如，凹部）以接納植入物。作為另一個實例，雷射器22可以進行治療的後續步驟。例如，雷射器22可以使角膜或所印刷的材料成形為產生處方屈光特性，或者執行其他操作以完成治療。在某些實施方式中，雷射器22可以包含產生不同雷射束的不同雷射源，例如，雷射器22可以具有產生使角膜或所印刷的材料光致破裂的光束、以及切除角膜或所印刷的材料的光束的源。
印刷機14將材料印刷到靶區12的印刷範圍上，並且可以包括任何合適的、被配置成根據數位組指令將材料沈積到印刷範圍上的印刷機。例如，印刷機14可以是3D、或增材製造印刷機，該印刷機沈積連續的材料層以產生以特定形狀和尺寸配置的材料。印刷機14包括印刷機頭44和印刷機控制器46。印刷機頭44將材料引導至印刷範圍，並且可以是任何合適的、將材料沈積到表面上的印刷機擠出機。印刷機控制器46使印刷機頭沿x、y、z方向移動，以將材料引導至印刷範圍的特定位置，並且可以接收電腦20的指令，以根據圖案16移動印刷機頭44。
材料包括任何合適的生物和/或生物相容性的透明或半透明材料。這種材料的實例包括培養的膠原蛋白材料、人或動物細胞材料、生物相容性塑膠、或透明質酸。在某些情況下，也可以使用上皮組織可以在其上生長的材料。這種材料可以為角膜細胞和細胞外材料提供最佳營養，在使用期內具有光學透明性，並具有支援上皮組織生長的表面特性。
眼球跟蹤器24跟蹤靶區12的移動，以幫助在靶區12上精確印刷材料。眼球跟蹤器24可以跟蹤眼睛12a，因為靶區眼睛12a比靶區植入物基材12b更可能移動和需要跟蹤。然而，眼球跟蹤器24可以用於跟蹤任何類型的靶區12。眼球跟蹤器檢測眼睛12a的平移移動和/或角度（或旋轉）移動。在某些實施方式中，影像處理用於定位眼睛12a的中心點，例如瞳孔，以確定平移移動。影像處理用於定位眼睛12a的特徵（例如血管、虹膜特徵或任何其他適當的特徵），以確定角度移動。
當眼球跟蹤器24檢測到靶區12的移動時，眼球跟蹤器24通知電腦20，該電腦調整對印刷機控制器46的指令，以對靶區12的移動進行補償。例如，如果靶區12平移和/或旋轉特定量，則印刷機控制器46藉由平移和/或旋轉圖案16那個特定量來對移動進行補償。
在其他實施方式中，介面可以將靶區12固定或保持在希望的地點和位置，使得可以不需要眼球跟蹤器24。例如，患者介面可以藉由使用例如吸力來將眼睛12a保持在位。
固化照明器30用使材料固化的光照射印刷範圍。光可以藉由促進材料和可選的眼睛角膜的交聯來使材料固化。固化光的實例包括紫外光或400 nm與500 nm之間的光（比如LED光）。
分配器32在手術過程中將液體沈積到靶區12上。例如，分配器32將角膜交聯溶液引導至眼睛12a，該角膜交聯溶液促進眼睛12a的角膜交聯。角膜交聯溶液的實例包括核黃素溶液或其他合適的溶液。作為另一個實例，分配器32將黏合劑引導至印刷範圍，該黏合劑促進材料黏合到印刷範圍上。黏合劑可以包括纖維蛋白。
相機28生成印刷範圍的圖像，以監視材料的印刷。相機28可以包括任何合適的、可以生成物體圖像的系統。相機28的實例包括OCT系統（比如時域或頻域OCT系統），該系統生成可用於創建印刷範圍圖像的OCT掃描。
圖2展示了藉由將材料印刷到靶區12上來對眼睛12a進行屈光治療的方法的實例，該方法可以由圖1的系統10執行。該方法在步驟110開始，其中雷射器22使眼睛12a為屈光治療做好準備。取決於手術，雷射器22可以：在眼睛12a的角膜中創建膜瓣來為LASIK手術做好準備；在角膜中創建被設計成用於接納角膜植入物的凹部；或者去除眼睛12a的上皮組織來為PRK手術做好準備。
在步驟112，準備靶區12的印刷範圍。靶區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。可以以任何合適的方式準備印刷範圍。例如，分配器32可以將黏合劑引導至印刷範圍，該黏合劑促進材料黏合到印刷範圍上。在步驟114，相機28生成印刷範圍的圖像（比如OCT掃描圖像），以監視材料的印刷。
在步驟116，印刷機14根據被設計成為眼睛12a提供屈光治療的圖案16來將材料印刷到印刷範圍上。材料可以是任何合適的生物和/或生物相容性的透明材料。注意的是，如果靶區12是植入物基材12b，步驟116可以在手術之前執行，使得步驟116發生在步驟110之前。
在步驟117，眼球跟蹤器24跟蹤靶區12的移動。在步驟118，可以檢測移動。如果檢測到移動，電腦20接收描述靶區12的移動的資訊，並指示印刷機14對移動進行補償。然後，該方法移動至步驟122。如果沒有檢測到移動，該方法直接移動至步驟122。在使用患者介面將靶區12固定在位的實施方式中，該方法通常不執行步驟117、118和122。
在步驟122，固化照明器用使材料固化的光照射印刷範圍。步驟124取決於手術以及靶區12是眼睛12a還是植入物基材12b。如果靶區12是植入物基材12b，該方法移動至步驟126，其中植入物插入眼睛12a中。然後，該方法移動至步驟128。如果靶區12是眼睛12a，該方法直接移動至步驟128。
在步驟128，分配器32將角膜交聯溶液引導至眼睛12a，該角膜交聯溶液促進角膜交聯。在步驟130，完成手術，該步驟取決於手術。例如，在LASIK手術中，完成手術可以包括閉合膜瓣。然後，該方法結束。該方法結束之後，癒合過程開始。例如，如果該方法去除上皮組織，則其在所印刷的植入物上重新生長。
圖3至圖6展示了植入物和沈積的材料，該等植入物和沈積的材料可以使用指導創建3D形狀的圖案16來創建。圖案16可以存儲為3D可印刷檔案，比如出自由3D系統創建的立體光刻CAD軟體的STL檔案格式。
圖3展示了系統10創建的用於矯正遠視的植入物54的實例。在該實例中，眼睛12a具有角膜50和上皮組織52。植入物54的形狀可以類似於接觸透鏡的形狀，並且插入角膜50的凹部56中。
圖4展示了藉由系統10沈積的用於矯正遠視的材料60的實例。在該實例中，部分上皮組織52被去除。系統10以矯正遠視的形狀將材料60沈積到角膜50的暴露的基質上。沈積的材料60可以具有沈積在基質上的薄層形狀。上皮組織52在材料60上生長。
圖5展示了藉由系統10沈積的用於矯正散光和/或提高生物力學穩定性（例如，圓錐形角膜）的材料60的實例。在該實例中，部分上皮組織52被去除。系統10以矯正散光和/或提高生物力學穩定性的形狀將材料60沈積到角膜50的暴露的基質上。沈積的材料60可以具有佈置在基質上的圓頂形狀。上皮組織52在材料60上生長。
圖6展示了藉由系統10沈積的用於矯正近視的材料60的實例。在該實例中，部分上皮組織52被去除。系統10以矯正近視的形狀將材料60沈積到角膜50的暴露的基質上。沈積的材料60可以具有沈積在基質上的環形圈形狀。上皮組織52在材料60上生長。
在此揭露的系統和設備的部件（例如，電腦）可以包括介面、邏輯和/或記憶體，其中任何一種都可以包括硬體和/或軟體。介面可以接收部件的輸入、提供部件的輸出、和/或處理輸入和/或輸出。邏輯可以執行部件的操作，例如，執行指令以從輸入生成輸出。邏輯可以是處理器，比如一個或多個電腦、或一個或多個微處理器。邏輯可以是編碼在記憶體中的電腦可執行指令，該等指令可以由電腦執行，比如電腦程式或軟體。記憶體可以存儲資訊，並且可以包括一個或多個有形的、非瞬態的、電腦可讀的、電腦可執行的存儲介質。記憶體的實例包括電腦記憶體（例如，隨機存取記憶體（RAM）或唯讀記憶體（ROM））、大型存放區介質（例如，硬碟）、可拆裝存放裝置介質（例如，光碟（CD）或數位影音光碟（DVD））和網路存儲裝置（例如，伺服器或資料庫）。
雖然已經根據某些實施方式描述了本揭露，但是對於本領域技術人員而言，實施方式的修改（比如替換、添加、變更或省略）將是顯而易見的。相應地，在不脫離本發明的範圍情況下，可以對實施方式作出修改。例如，可以對在此揭露的系統和裝置作出修改。可以集成或分離系統和設備的部件，並且系統和設備的操作可以由更多、更少或其他部件來執行。作為另一個實例，可以對在此揭露的方法作出修改。該方法可以包括更多、更少或其他步驟，並且該等步驟可以以任何合適的循序執行。
10‧‧‧系統
12‧‧‧靶區
12a‧‧‧眼睛
12b‧‧‧植入物基材
14‧‧‧印刷機
16‧‧‧圖案
20‧‧‧電腦
22‧‧‧雷射器
24‧‧‧眼球跟蹤器
26‧‧‧固定光束系統
27‧‧‧機械固定物
28‧‧‧相機
30‧‧‧固化照明器
32‧‧‧分配器
40‧‧‧處理器
42‧‧‧記憶體
44‧‧‧印刷機頭
46‧‧‧印刷機控制器
50‧‧‧角膜
52‧‧‧上皮組織
54‧‧‧植入物
56‧‧‧凹部
60‧‧‧材料
110、112、114、116、117、118、120、122、124、126、128、130‧‧‧步驟
參考附圖藉由舉例方式更詳細地描述本揭露的實施方式，在附圖中：
圖 1 展示了用於眼睛的屈光治療的系統之實例；
圖 2 展示了用於眼睛的屈光治療的方法之實例；
圖 3 展示了圖1的系統創建的用於矯正遠視的植入物之實例；
圖 4 展示了藉由圖1的系統沈積的用於矯正遠視的材料之實例；
圖5展示了藉由圖1的系統沈積的用於矯正散光和/或提高生物力學穩定性的材料之實例；並且
圖6展示了藉由圖1的系統沈積的用於矯正近視的材料之實例。

Claims (20)

  1. 一種用於進行眼睛的屈光治療之系統，該系統包括： 雷射器，該雷射器被配置用於發射雷射束，以使該眼睛為該屈光治療做好準備； 印刷機，該印刷機被配置用於將材料印刷到靶區的印刷範圍上，該印刷機包括： 被配置用於將該材料引導至該印刷範圍的印刷機頭；以及 被配置用於使該印刷機頭移動以將該材料引導至該印刷範圍的特定位置的印刷機控制器； 電腦，該電腦包括： 記憶體，該記憶體被配置用於存儲用於該靶區的圖案的指令，該圖案被設計成為該眼睛提供該屈光治療；以及 一個或多個處理器，該一個或多個處理器被配置用於： 指示該印刷機控制器移動該印刷機頭，以根據該圖案將該材料印刷到該印刷範圍上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統， 進一步包括眼球跟蹤器，該眼球跟蹤器被配置用於跟蹤該靶區的移動； 該一個或多個處理器被進一步配置用於： 接收描述該靶區的移動的資訊；以及 調整對該印刷機控制器的指令，以對該靶區的移動進行補償。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括介面，該介面被配置用於將該靶區保持在特定地點和位置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該靶區包括該眼睛。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該靶區包括植入物的植入物基材，該植入物被配置成待植入該眼睛中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該雷射器被配置用於藉由在該眼睛的角膜中創建膜瓣來使該眼睛做好準備。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該雷射器被配置用於藉由在該眼睛的角膜中創建凹部來使該眼睛做好準備。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該雷射器被配置用於藉由去除該眼睛的上皮組織來使該眼睛做好準備。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括固化照明器，該固化照明器被配置為用使該材料固化的光照射該印刷範圍。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括分配器，該分配器被配置用於將角膜交聯溶液引導至該眼睛，該角膜交聯溶液促進該眼睛的角膜交聯。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括分配器，該分配器被配置用於將黏合劑引導至該印刷範圍，該黏合劑促進該材料黏合到該印刷範圍上。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括相機，該相機被配置用於生成該印刷範圍的圖像，以監視該材料的印刷。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該材料包括生物或生物相容性材料。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該雷射器被進一步配置用於執行該屈光治療的後續步驟。
  15. 一種用於進行眼睛的屈光治療之方法，該方法包括： 從雷射器發射雷射束，以使該眼睛為該屈光治療做好準備； 藉由電腦與印刷機通信，該印刷機被配置用於將材料印刷到靶區的印刷範圍上，該印刷機包括印刷機頭和印刷機控制器，該印刷機頭被配置用於將該材料引導至該印刷範圍，該印刷機控制器被配置用於使該印刷機頭移動以將該材料引導至該印刷範圍的特定位置；以及 藉由該電腦訪問用於該靶區的圖案的指令，該圖案被設計成為該眼睛提供該屈光治療；以及 該電腦指示該印刷機控制器移動該印刷機頭，以根據該圖案將材料印刷到該印刷範圍上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，進一步包括： 使用眼球跟蹤器跟蹤該靶區的移動； 接收描述該靶區的移動的資訊；以及 調整對該印刷機控制器的指令，以對該靶區的移動進行補償。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，進一步包括： 提供介面，該介面被配置用於將該靶區保持在特定地點和位置。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之方法，進一步包括： 用使該材料固化的光照射該印刷範圍。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之方法，進一步包括： 將角膜交聯溶液引導至該眼睛，該角膜交聯溶液促進該眼睛的角膜交聯。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之方法，進一步包括： 將黏合劑引導至該印刷範圍，該黏合劑促進該材料黏合到該印刷範圍上。
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