一种角膜缺损动物模型的建立方法与系统与流程

本发明属于评价医疗器械安全性和有效性的眼球模型领域，尤其涉及一种角膜缺损动物模型的建立方法与系统。

背景技术：

1、随着眼科医学领域的快速发展，眼科类医疗器械产品逐渐增多，这类器械的评价通常需要有良好稳定的角膜缺损动物模型。以往角膜治疗中应用的器械如玻璃、pmma等高分子材料制作的人工角膜等与人正常角膜相去甚远，随着现代角膜治疗手术方法的发展，手术器械的飞速更新，各种新型的生物材料或医疗器械已逐渐应用于角膜病的治疗中。需要一种低成本并具有普遍性的眼球模型用于评估各种新型生物眼科材料。

2、同时，角膜病是当今世界上最主要的可逆性、致盲性眼病之一。据世界卫生组织统计：角膜病是继白内障之后全球第二大致盲性眼病。角膜病是引起视力减退的重要原因。使透明的角膜出现灰白色的混浊，可使视力模糊、减退，甚至失明。角膜病的早期，若能及时准确的治疗，可以治愈。但病变严重或反复发生，则使角膜上留下厚厚的瘢痕，此时唯一的治疗办法只有行角膜移植术，将已混浊的角膜去除，换上透明的角膜，使患者重新获得视力。另外眼外伤和角膜溃疡在角膜盲中也占有重要地位。板层角膜移植是治疗角膜病的重要手段，为了弥补捐献角膜不足，解决角膜移植需要长期等待捐献角膜的现状，很多医疗器械企业都将产品定位于人角膜的替代产品或材料上，进行了该类产品的研制及开发，同样用于治疗该类疾病的药品和新的治疗技术也在不断的改进，亟需标准化的动物模型对产品及技术进行评估。

3、随着现代角膜移植手术方法的发展，手术器械的飞速更新，角膜移植手术已经成为治疗角膜盲的常规术式之一，并取得了良好的手术效果，数以万计的病人由此而获得光明。目前新型材料应用于人体之前需先进行动物试验来确定新型材料是否能有效缓解或治疗角膜病，但是在研发阶段过多的应用于动物身上会产生动物伦理的问题，比如是否需要每一个阶段或过程进行一次试验，会导致忽视了动物福利的同时也增加了相应的成本，这对于一些中小企业的发展带来了巨大的难题。同时，由于临床前动物试验没有具体的标准，每一个能开展动物试验的机构的操作人员水平不相同，且对于试验的认知不相同，会产生一种样品在两个机构进行的试验结果有偏差的情况。

技术实现思路

1、针对上述缺点，本发明希望可以建立标准化的角膜缺损眼球模型，用于评估各种新型眼科材料的安全性和有效性，同时结合有经验的操作者的临床经验为各类新从事眼科医学的工作者带来更好的经验，更好的研究手术等产生的效果。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种角膜缺损动物模型的建立方法与系统。其中，一种角膜缺损动物模型的建立方法，包括：

3、采用裂隙灯对实验兔进行初步筛选，排除可见的眼部疾病或缺陷，同时通过眼科超声影像学检查，进一步识别筛选隐性眼部异常，获取眼部状况正常的实验兔；

4、基于兔角膜与人眼球在解剖结构上的差异，获取兔角膜和人角膜的厚度和层次结构参数，通过比较分析确定两者的差异程度，并据此调整角膜缺损模型的制备参数；

5、采用标准化的操作流程和参数设置，并借助显微镜，控制角膜缺损的大小、深度和位置，进行角膜缺损眼球模型构建，获得结构均一、可重复的角膜缺损动物模型。

6、优选地，所述获取眼部状况正常的实验兔的过程包括：

7、根据预先建立的实验兔眼部正常状况的影像学特征模型，采用裂隙灯对实验兔进行初步筛选，将裂隙灯图像与正常眼部影像学特征模型进行比对，判断实验兔是否存在可见的眼部疾病或缺陷，若存在则将该实验兔排除；

8、针对初步筛选后的实验兔，采用眼科超声设备获取眼部组织的超声图像，通过图像处理技术对超声图像进行增强和分割，提取出眼部组织的关键特征参数；

9、将提取的眼部组织关键特征参数输入到预先训练的隐性眼部异常识别模型中，通过模型计算得到所述实验兔眼部是否存在隐性异常的概率值；

10、根据预设的隐性眼部异常阈值，判断所述概率值是否超过阈值，若超过则将实验兔排除，否则认定实验兔眼部状况正常；

11、对于眼部状况正常的实验兔，录入基本信息并标记为合格个体，纳入后续实验备选对象库中。

12、优选地，调整角膜缺损模型的制备参数的过程包括：

13、获取兔角膜和人角膜的解剖结构数据，包括角膜厚度和层次结构参数；

14、对兔角膜和人角膜的解剖结构数据进行比较分析，计算两者在厚度和层次结构上的差异值；

15、根据所述差异值判断兔角膜和人角膜在解剖结构上的差异程度；

16、若差异程度超过预设阈值，则根据差异程度调整角膜缺损模型的制备参数，包括但不限于切除深度和切除直径；

17、根据调整后的制备参数在兔角膜上制备角膜缺损模型；

18、获取制备的兔角膜缺损模型的解剖结构数据，与人角膜缺损的解剖结构数据进行比较，计算相似度；若相似度未达到预设阈值，则继续调整制备参数，直至相似度满足要求，从而获得与人角膜缺损具有高相似度和可比性的兔角膜缺损模型。

19、优选地，所述对兔角膜和人角膜的解剖结构数据进行比较分析，计算两者在厚度和层次结构上的差异值的过程包括：

20、获取兔角膜和人角膜的解剖结构图像并进行分割，提取角膜各层次的结构特征；

21、根据分割结果，测量兔角膜和人角膜在不同层次上的厚度数据；

22、采用统计学方法，计算兔角膜和人角膜在各个层次厚度上的均值和方差；

23、对兔角膜和人角膜的层次结构进行对比，通过图像相似度算法，计算两者层次结构的相似程度；根据厚度差异值和层次结构相似度，综合分析兔角膜和人角膜在解剖结构上的差异，得到定量化的差异分析结果。

24、优选地，获得结构均一、可重复的角膜缺损动物模型的过程包括：

25、根据预设的标准化操作流程和参数设置，采用显微镜对角膜进行观察和定位，获取角膜缺损目标区域的位置坐标；

26、基于所述角膜缺损目标区域的位置坐标，通过图像处理算法对缺损区域的大小和形状进行测量，得到量化的缺损尺寸参数；

27、将所述缺损尺寸参数与预设的标准缺损模型进行比对，通过相似度匹配算法，判断当前缺损是否满足标准模型要求，若不满足调整缺损参数后重新进行缺损制备；

28、根据标准缺损模型的深度参数，实时监测对角膜进行逐层切削，将切削完成的角膜缺损区域，通过显微成像技术获取缺损结构图像；

29、采用批次化制备方式，对若干个动物个体进行平行操作，批量获得角膜缺损模型。

30、优选地，所述方法还包括：基于评估生物材料对角膜缺损修复的影响，获取兔角膜和人角膜对材料的组织相容性、降解吸收和诱导修复反应数据，通过比较分析，判断所述材料在两种角膜中的作用差异，并据此优化所述材料的设计和制备工艺。

31、优选地，优化所述材料的设计和制备工艺的过程包括：

32、根据预设标准，获取候选生物材料的理化性质和制备工艺参数，通过聚类算法对材料进行分类；

33、采用组织工程技术，构建兔角膜和人角膜缺损模型，将不同类别的生物材料分别植入缺损部位；

34、在植入后不同时间点，获取角膜组织的组织学切片和免疫组化染色图像，通过图像分割算法提取材料降解吸收和细胞浸润的定量参数；

35、获取角膜组织的基因表达谱数据，采用主成分分析方法比较不同材料诱导的组织修复相关基因表达差异；

36、将兔角膜和人角膜的组织相容性、材料降解吸收和诱导修复效果参数进行归一化处理，通过支持向量机算法建立材料性能与角膜修复效果的预测模型；

37、根据预测模型确定影响材料角膜修复效果的关键性能参数，采用响应面优化方法优化材料组分和制备工艺；

38、将优化后的材料分别植入兔角膜和人角膜缺损模型，评估修复效果。

39、优选地，所述角膜缺损动物模型包括五层，分别为：上皮细胞层、前弹力层、实质层、后弹力层、内皮细胞层。

40、优选地，所述角膜缺损动物模型为pvc材质，眼球模型缺损深度为0.15mm，缺损直径为5-6mm。

41、本发明还提供一种角膜缺损动物模型的建立系统，包括：

42、实验兔筛选模块，用于采用裂隙灯对实验兔进行初步筛选，排除可见的眼部疾病或缺陷，同时通过眼科超声影像学检查，进一步识别筛选隐性眼部异常，获取眼部状况正常的实验兔；

43、角膜结构比较模块，基于兔角膜与人眼球在解剖结构上的差异，获取兔角膜和人角膜的厚度和层次结构参数，通过比较分析确定两者的差异程度；

44、角膜缺损模型建立模块，用于根据所述差异程度调整角膜缺损模型的制备参数，基于调整后的制备参数采用标准化的操作流程和参数设置，并借助显微镜，控制角膜缺损的大小、深度和位置，进行角膜缺损眼球模型构建，获得结构均一、可重复的角膜缺损动物模型。

45、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

46、本发明首先通过裂隙灯和影像学检查筛选出眼部正常的实验兔，并比较兔角膜与人角膜的结构参数差异，然后建立标准化的角膜缺损模型，控制缺损的大小、深度和位置。本发明有效提高了动物实验结果外推至临床的可靠性，为角膜缺损修复材料的开发和应用提供了重要依据。

47、本发明建立的标准化眼球模型，能够排除其他外因干扰，在用于科学研究时可提供较为一致性的数据结果供参考。本发明使用容易获得的材料建立人眼球模型，成本低廉，但市场效益高。