一种数字化角膜交联调节角膜曲率半径的方法及设备与流程

本发明涉及角膜曲率半径的矫正领域，具体涉及一种数字化角膜交联调节角膜曲率半径的方法及设备。

背景技术：

角膜是一种透明、无血管的屈光介质，是眼光学系统中最有效的折射面，占眼球屈光系统总屈光力的70％。角膜的屈光力取决于角膜的曲率半径及折射率。屈光力不合适则会导致无法在视网膜上正确成象，称为屈光不正，具体又分为近视、远视、散光等。近视就是平行光经眼的屈光系统的折射后焦点落在视网膜之前产生的病症，远视相反，而散光则表现为角膜不同区域曲率半径不匀。手术矫正屈光不正的方法，按照国际标准，根据手术的部位，可分为角膜手术、晶体手术和巩膜手术三大类。

角膜屈光手术大致包括LASIK(准分子激光角膜原位磨镶术)和LASEK(准分子激光上皮瓣下角膜磨镶术)两大类。矫正近视的时候，通过激光切削角膜中央区基质层，使整体曲率半径增大，屈光力降低，焦点后移至视网膜以正常成像；矫正远视的时候相反，是通过激光去除部分角膜周边区域基质层，减小整体曲率半径；矫正散光则是调节角膜局部区域的曲率半径。

以LASIK为代表的角膜屈光手术是现在治疗屈光不正的主流方法，但其侵入性较大，常常伴随着一些并发症。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种数字化角膜交联调节角膜曲率半径的方法及设备，具有低侵入性并且能够准确、有效地调节角膜曲率半径。

本发明所提供的技术方案为：

一种数字化角膜交联调节角膜曲率半径的方法，将含有光敏剂的溶液滴加到角膜表面，使用计算机中的图形软件控制数字化微镜片装置，将特定波长光选择性地照射于角膜表面的局部区域。

上述技术方案中，数字化角膜交联(Digital Corneal Cross Linking,DCCL)是在角膜交联(Corneal Cross Linking，CCL)的基础上改进而来。角膜交联CCL利用紫外线A照射光敏剂产生的光敏反应来诱导角膜胶原纤维间的交联，以此提高角膜的强度，增强角膜生物力学稳定性。

而数字化角膜交联(DCCL)的特点体现在：通过往计算机图形软件中导入图形文件，然后数字化控制光在角膜上选择性照射局部区域。核心部件是集成了特定波长光源的数字化微镜片装置(Digital Micromirror Device,DMD)。DMD芯片由上百万片面积仅14x14微米的微镜片组成。每个微镜片可以分别在电脑程序控制下快速旋转，而其旋转的角度则决定对应的微区域是否被照射。通过CAD等图形软件控制DMD部件所输出的光的形状、尺寸及持续时间，即在角膜上的照射区域及照射时间。

光选择性照射角膜表面的照射区域及照射时间通过角膜生物力学模拟确定。一方面，建立光敏剂在光照射下与角膜基质层发生交联反应的动力学模型，确定照射时间和交联密度大小的关系；另一方面，运用角膜生物力学分析仪可得到包括角膜厚度、眼内压等全面的生物力学数据，建立力学模型，并在此基础上运用有限元分析可得到使角膜产生一定曲率半径变化的内部应力分布，进一步推导出角膜基质层中所需的交联密度的分布梯度。

数字化角膜交联(DCCL)的基本原理：光敏剂在特定波长光照射下被激发到三线态产生以单线态氧、超氧阴离子、H₂O₂为主的活性氧族(ROS)，继而与各种分子相互作用，诱导角膜基质中的胶原纤维氨基之间的化学共价交联，使角膜基质层的交联密度提高。特定波长的光是选择性地照射到角膜的局部区域，只有光照射到的局部区域交联密度才会升高，没有照射到的局部区域交联密度维持不变。角膜中的胶原基质层就会产生一个交联密度的分布梯度。不同的交联密度会导致角膜基质层各个区域的含水量发生变化，从而产生了内部应力。这部分内应力释放出来，就会使角膜产生曲率半径的变化。可使角膜的整体曲率半径变大或者变小，或者是局部区域的曲率半径变大或变小。

所述的光敏剂为一类能在特定波长光照射下产生活性氧族的物质，产生的活性氧族诱导角膜基质层的胶原发生交联作用。

作为优选，所述光敏剂为核黄素、核黄素衍生物、曙红Y、曙红Y衍生物、吖啶黄、奎尼丁黄、亚甲蓝或赤藓红。进一步优选，所述光敏剂为核黄素、核黄素磷酸钠或曙红Y。

优选的，所述光敏剂为核黄素或核黄素衍生物时，特定波长光的波长为320-400nm；所述光敏剂为曙红Y、曙红Y衍生物、吖啶黄、奎尼丁黄、亚甲蓝或赤藓红时，特定波长光的波长为460-668nm。

进一步优选，所述光敏剂为核黄素或核黄素磷酸钠时，特定波长光的波长为365-370nm；当光敏剂为核黄素或核黄素磷酸钠时，光敏剂还起到屏蔽作用，吸收365-370nm的紫外光阻止其对角膜内皮、晶状体和视网膜的损害；所述光敏剂为曙红Y时，特定波长光的波长为550-560nm。

作为优选，所述光敏剂的质量分数为0.01-0.5wt％。进一步优选为0.05-0.5wt％。

作为优选，所述溶液中还包括助渗透剂。助渗透剂能够易于光敏剂透过角膜上皮进入基质层。

进一步优选，所述助渗透剂选自EDTA、EDTA钠、EDTA钾、聚山梨醇酯80、氨基丁三醇、氮酮、氯化苯甲羟胺、西吡氯铵、十六烷基三甲基氯化铵、月桂酸、甲氧基水杨酸、聚氧乙烯、水杨酸钠或牛磺胆酸钠中的一种或几种；所述助渗透剂的质量分数为0.01-5wt％。

作为优选，所述溶液为右旋糖苷水溶液，其质量分数为0.01-20wt％。

作为优选，所述局部区域的照射时间为0.1-5min，特定波长光的功率为0.1-5mW/cm²。

本发明还提供一种用于数字化角膜交联的设备，所述设备包括：光源、数字化微镜片装置和安装有图像软件的计算机；所述数字化微镜片装置用于调整光源的光照区域及光照时间；所述计算机通过图形软件控制所述数字化微镜片装置。

作为改进，还包括眼球追踪定位装置和角膜形貌采集装置；所述眼球追踪定位装置捕捉眼球的位移变化，并反馈到计算机；所述角膜形貌采集装置将角膜的曲率和厚度实时地反馈到计算机；所述计算机根据眼球追踪定位装置和角膜形貌采集装置的反馈信息调整光源的光照区域及光照时间。

所述数字化微镜片装置能够调整所输出的光的形状、尺寸及持续时间，在计算机中的图形软件的控制下将光源产生的光束转化为特定图形的面光源。

所述图形软件可以选择CAD、Adobe Illustrator、Photoshop等图形软件用于控制数字化微镜片装置。

所述光源可以选择不同波长的LED集成光源。

所述眼球追踪定位装置和角膜形貌采集装置属于整个设备中的反馈调整系统。眼球追踪定位装置可以捕捉眼球的微小位移，反馈到计算机，图形软件会及时微调数字化微镜片装置输出的面光源的形状。所述角膜形貌采集装置会将角膜的曲率、厚度等参数实时地传输到控制计算机，用以显示、预测角膜的曲率变化趋势。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明提供一种数字化角膜交联调节角膜曲率半径的方法，具有低侵入性并且能够精确、有效地调节角膜曲率半径，有望作为一种全新的治疗近视、远视及散光等屈光不正的方法。

(2)本发明提供的数字化角膜交联设备能有效地实施数字化角膜交联的过程。

附图说明

图1为实施例中用于数字化角膜交联的设备示意图；

图2为实施例1减小角膜曲率半径过程示意图；

图3为实施例2增大角膜曲率半径过程示意图；

图4为实施例3改变角膜局部曲率半径过程示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步地说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表达的范围。

如图1所示，用于数字化角膜交联的设备包括光源、数字化微镜片装置、光学反射镜、物镜、计算机、眼球追踪定位装置以及角膜形貌采集装置。

其中，光源、数字化微镜片装置、光学反射镜、物镜在同一个光束路径上，属于整个设备中的光路系统，光源经过光路系统照射角膜。

计算机中安装有图形软件CAD，数字化微镜片装置在计算机中的图形软件CAD的控制下将光源系统产生的光束转化为特定图形的面光源。

眼球追踪定位装置和角膜形貌采集装置分别连接计算机，属于整个设备中的反馈调整系统。眼球追踪定位装置可以捕捉眼球的微小位移，反馈到计算机，图形软件会及时微调数字化微镜片装置输出的面光源的形状。角膜形貌采集装置会将角膜的曲率、厚度等参数实时地传输到计算机，用以显示、预测角膜的曲率变化趋势。

其中，数字化微镜片装置选用Texas Instruments Inc DMD，眼球追踪定位装置选用ViewPoint Eye Tracker Systems，角膜形貌采集装置选用OCULUSPENTCAM三维眼节前分析仪。

实施例1

在表面麻醉下去除眼角膜中央直径7mm区域的上皮组织；将核黄素含量为1g/L的200g/L右旋糖酐溶液分批次滴于角膜表面；用裂隙灯钴蓝光照射观察，明确核黄素扩散进入角膜的位置；用数字化角膜交联设备选择性地照射于上述角膜的局部区域，光的波长为365nm，照射区域见图2，光功率为1.2mW/cm²，照射时间20min。

照射过程中分阶段用光敏剂溶液和表面麻醉药冲洗角膜表面；用抗生素眼膏涂眼，并佩戴角膜接触镜直至角膜上皮愈合。如见图2所示，角膜曲率半径变小。

实施例2

在表面麻醉下去除眼角膜中央直径7mm区域的上皮组织；将核黄素磷酸钠含量为1g/L的200g/L右旋糖酐溶液分批次滴于角膜表面；用裂隙灯钴蓝光照射观察，明确核黄素扩散进入角膜的位置；用数字化角膜交联设备使选择性地照射于上述角膜的局部区域，光波长为365nm，照射区域见图3，光功率为1.2mW/cm²，照射时间30min。

照射过程中分阶段用光敏剂溶液和表面麻醉药冲洗角膜表面；用抗生素眼膏涂眼，并佩戴角膜接触镜直至角膜上皮愈合。如见图3所示，角膜曲率半径变大。

实施例3

在表面麻醉下去除眼角膜中央直径5-9mm区域的上皮组织；将曙红Y含量为1g/L的200g/L右旋糖酐溶液分批次滴于角膜表面；用裂隙灯钴蓝光照射观察，明确曙红Y扩散进入角膜的位置；用数字化角膜交联设备选择性地照射于上述角膜的局部区域，光波长为550nm，照射区域见图4，光功率为1.2mW/cm2，照射时间30min。

照射过程中分阶段用曙红Y溶液和表面麻醉药冲洗角膜表面；用抗生素眼膏涂眼，并佩戴角膜接触镜直至角膜上皮愈合。如见图4所示，角膜局部曲率半径变化。

实施例4

保留眼角膜中的上皮组织，将核黄素含量为1g/L、EDTA钠含量为1g/L的200g/L右旋糖酐溶液分批次滴于角膜表面；用裂隙灯钴蓝光照射观察，明确核黄素扩散进入角膜的位置；用数字化角膜交联设备选择性地照射于上述角膜的局部区域，光的波长为365nm，照射区域见图2，光功率为1.2mW/cm²，照射时间20min。

照射过程中分阶段用光敏剂溶液和表面麻醉药冲洗角膜表面；用抗生素眼膏涂眼，并佩戴角膜接触镜直至角膜上皮愈合。结果与实施例1一致。

实施例5

保留眼角膜中的上皮组织，将核黄素含量为1.5g/L、EDTA钠含量为1.5g/L的200g/L右旋糖酐溶液分批次滴于角膜表面；用裂隙灯钴蓝光照射观察，明确核黄素扩散进入角膜的位置；用数字化角膜交联设备选择性地照射于上述角膜的局部区域，光的波长为365nm，照射区域见图2，光功率为1.2mW/cm²，照射时间10min。

照射过程中分阶段用光敏剂溶液和表面麻醉药冲洗角膜表面；用抗生素眼膏涂眼，并佩戴角膜接触镜直至角膜上皮愈合。结果与实施例1一致。