TW201420092A - 用以觸發電活性眼用透鏡的感測器 - Google Patents

用以觸發電活性眼用透鏡的感測器 Download PDF

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Abstract

一種電活性眼用透鏡，包含一肌電感測器、一處理器，及一該電活性光學元件。該肌電感測器，其被構形成檢測眼部睫狀肌中和睫狀肌作用力成比例的電場並產生一表示電場的感測信號。該處理器可操作地接收來自該肌電感測器的該信號，並基於該感測信號，對一電活性光學元件決定其光功率的調節，並產生一個對該電活性光學元件的控制信號。該電活性光學元件可操作地接收該控制信號並改變該電活性光學元件的光功率以回應該控制信號。

Description

用以觸發電活性眼用透鏡的感測器 發明領域
本發明整體來說涉及眼用透鏡的領域，更具體地，涉及電活性眼用透鏡。
發明背景
從最簡單的觀點來看，人眼的功能是透過使用光透射通過一個稱為角膜的透明外部，並且借助水晶體將圖相聚焦在視網膜上而提供視力。聚焦圖案的品質取決於許多因素，這些因素包括眼睛的大小和形狀，以及角膜和水晶體的透明度。
當年齡及疾病使得水晶體變得不透明時，由於能夠透射到視網膜的光線減少故導致視力惡化。眼睛之水晶體的缺陷在醫學上稱為白內障(cotaract)。對該症狀的可接受的治療是手術摘除水晶體，並以人工水晶體(intraocular lens，IOL)來代替水晶體的功能。
在美國，通過稱為水晶體乳化(phacoemulsification)的外科手術技術摘除大部分白內障的水晶體。在該手術過程中，在前囊(anterior capsule)中作出 一開口，然後將薄水晶體乳化削切刀片插入患病的水晶體中並進行超聲波震動。震動削切刀片使水晶體液化或乳化，從而可以將水晶體從眼睛內吸出。患病的水晶體一旦摘除，就由人工水晶體代替該患病的水晶體。
在天然水晶體中，由已知為調節作用之機制提供遠距視力和近距視力。在人生早期，天然水晶體是柔軟的並且容納在囊袋(capsular bag)中。囊袋是由水晶體懸韌帶(zonules)懸掛在睫狀肌(ciliary muscla)。放鬆睫狀肌使水晶體懸韌帶繃緊並使囊帶伸展。結果，天然水晶體趨於扁平。繃緊睫狀肌釋放水晶體懸韌帶的張力，從而允許囊袋和天然水晶體呈現更圓的形狀。如此一來，天然水晶體可以選擇性地聚焦在近物和遠物上。
隨著水晶體老化，水晶體變得較硬且較不能對睫狀肌繃緊產生反應而改變形狀。這使得水晶體更加地難以聚焦在近物上，一種稱為老花眼的醫學症狀。老花眼影響年齡超過45或50歲的幾乎所有成人。因此，對於人工水晶體的調適問題仍需要一個更好的解決辦法。此外，患者還會遭受其他症狀的影響，例如老年性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)，這可能需要甚至更大程度的放大倍數才能夠執行例如閱讀的視覺功能。
提供老花眼矯正的一種方法是利用一個眼用透鏡中的電活性光學元件，如人工水晶體。該電活性元件具有一個可調節的光功率，其係基於電信號調節來控制該電活性元件，因此該透鏡的功率可以依據視力調節的需求而 調整。電活性人工水晶體可以包括控制電路，電源和無線通信能力，且該組件部分可以封裝在一生物相容的材料及/或一密封的電子封裝中。然而，到目前為止，沒有一個特定的檢測方法，已被證明對於功能性效用是足夠可靠的。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種電活性眼用透鏡，其包含：至少一肌電感測器，其被構形成檢測眼部睫狀肌中與睫狀肌作用力成比例的電場，並產生一表示電場的感測信號；一處理器，其耦接於該肌電感測器，該處理器可操作地接收來自該肌電感測器的該信號，並基於該感測信號決定一電活性光學元件之光功率的調節，並產生一個對該電活性光學元件的控制信號；以及該電活性光學元件耦接於該處理器，該電活性光學可操作地接收該控制信號並回應該控制信號以改變該電活性光學元件的光功率。
100‧‧‧眼睛
102‧‧‧肌電感測器
104‧‧‧肌電感測器
106‧‧‧睫狀肌
200‧‧‧電活性眼用透鏡
202‧‧‧感測器
204‧‧‧處理器
206‧‧‧電活性光學元件
300‧‧‧電活性眼用透鏡
302‧‧‧感測器
304‧‧‧處理器
306‧‧‧電活性光學元件
圖1是一示意圖，說明肌電感測器102、104在一眼睛100中的位置，其分別對應於隱形眼鏡及IOL的位置；圖2是一方塊圖，其係根據本發明特定實施例來說明電活性眼用透鏡200之次系統；及圖3是一顯示使用手動觸發的電活性眼用透鏡300的方塊圖。
較佳實施例之詳細說明
本發明的各種實施例中提供了用於控制電活性的眼用透鏡的感測器。在特定實施例中，該感測器提供了對電活性透鏡進行自動控制。在其它實施例中，對於操作該電活性透鏡，該感測器提供了一個使用者控制的界面。雖然下面的描述主要集中在眼內透鏡，所述的技術也可以被用在隱形眼鏡或甚至是眼鏡。下面討論的實施例是示例性的，並且可以對這些示例性的實施例在不脫離本發明範圍的情況下進行各種改變。例如，一個實施例的功能可以和另一實施例結合。
就肌肉活動來說，比較成功的感測技術是利用肌電圖(electromyography)。肌電圖是一種隨著時間推移測量肌肉周圍的電場圖形(例如，透過電勢測量)以決定肌肉收縮程度的技術。作為鈣離子通道的離子檢測或是其他直接的神經信號的檢測等方法的對照，肌電圖側重於肌肉本身的電活動，正因為如此，已經被證明是一個更可靠的肌肉活動的壓力指標。此外，它可以連續地顯示肌肉活動的程度，特別肌肉施力的程度，而不是一種神經信號的二元檢測。
肌肉纖維的運動是由肌纖維內的去極化所引發，伴隨著離子的移動，其產生電場的變化。由於去極化向下傳播肌纖維中，產生沿光纖移動如同去極化波從正到負轉換正負號的雙相電場信號。肌電圖感測器檢測到這種變化的電場，而使得肌肉活動可以被量測。已經證實骨骼肌中測得的強度的變化單調且一般與肌肉所施的力呈線 性，因此其電場可以作為肌肉施力量的指標
IOL的應用，與調節需求之間相關性，對於視覺刺激，視需要以該肌肉活度的程度作為回應，以及觀察肌肉中的電場量可以用來校準水晶體。儘管後來由於水晶體的硬化以及睫狀肌和周圍結締組織的老化而導致調節無效，甚至在老花眼的眼睛中睫狀肌仍持續收縮。這潛在地提供了一個相較於先前感測技術更粗糙的調節需求的指標，例如以神經活動得測量或電活動的顯著測量來引起調節。因此，並不是檢測近距和遠距視力之間的二元傳遞，這樣的系統中允許連續範圍的調整與睫狀肌組織的電活動相關，因而能基於所觀察到的調節需求來校準。這樣的校準可以基於總體的平均來回應，或著，該校準可以是針對特定患者的。
圖1說明了肌電感測器102、104在一眼睛100中的位置，其分別對應於隱形眼鏡及IOL的位置。肌電感測器102、104代表可以測量睫狀肌106中的肌肉活動的程度的電場指標的任何電極或檢測器。在感測器104和睫狀肌接觸的情況下，如細金屬絲插入肌纖維或電極墊片接觸到肌肉的接觸可能是有用的。感測器未接觸到睫狀肌的位置，例如感測器102，該感測器102可以包含天線或其他經歷物理或電氣變化會反應電場變化的結構。多個感測器102和104可以被放置在相對於睫狀肌不同的位置。感測器102和104還可以包括一個或多個參考感測器，提供了一個參考電勢。參考值和微分方法可以用來增加相對信號的強度及 或增加信號雜訊比。
圖2是一方塊圖，根據本發明特定實施例來說明電活性眼用透鏡200之次系統。感測器202是如先前所述的感測器102及104的肌電感測器。由於測得的電場相對較小(在10-4至10-3V的範圍)，放大可以用來增強該電信號。處理器204代表任何合適用於處信息的電子元件，可以包含一個或多個微處理器、微控制器、特定功能積體電路(ASIC)，或其類似物，可包括用於儲存電子信息的任何合適的揮發性(volatile)或非揮發性記憶體。電活性的光學元件206包括任何可以反映控制信號而改變其電力的裝置，可例如但不限於液晶、電潤濕鏡片、電動機械致動的光學元件，或本領域中已知的任何其他可控制的光學元件。較佳地，光學元件206具有一光學能源(power)可以對遠距、近距及介於中間的視力範圍，連續地或近乎連續轉換提供一個合適的能量(power)範圍以反應調節的需求。
該處理器204包含任何合適的硬體、軟體及/或固件，用於接收來自該感測器102、104表示睫狀肌中電場的信號，並基於該信號來決定調節需求。也可以採用在信號處理技術中已知的各種技術來提高處理器的效率及/或信號雜訊比，以改善可靠性和速度計算。例如，信號可被處理以確定RMS的變化，或糾正輸入的信號。隨著時間的推移集成數據及/或以時間及/或頻率濾波，包括傅立葉和小波轉換或遞歸濾波器，如交互多模演算法(Kalman figures)，也可能是有用的。同樣，如同前文所述，睫狀肌 中的電場和調節需求之間的關係可以為特定的患者來制定，或為一個患者群，以提供(一個)控制信號。
肌電圖為自動對焦(autofocus)電活性眼用鏡片提供了一種很有前途的檢測方法。以往在企圖生產這種鏡片時會伴隨一種特定的困難，就是難以找到一個可靠的觸發來指示可行的調節需求的全部範圍，以便檢測近距和中間焦點。另一個困難在於該觸發必須足夠可靠地無歧異地辨別該患者是否實際上有進行調節。該等困難都必須被克服，以提供患者一個相當於老花眼之前眼睛所自然表面的全方位的調節平衡。基於在骨骼肌中表現出的反應，肌電圖相較於其他檢測技術，對於調節需求這個方面應該有更好的結果。
其他患者，特別是那些患有AMD的，可能有不同的視覺功能需求。就AMD患者的狀況，例如，患者可能需要高度的放大[high degree of magnification](6-8屈光度)才能夠進行近距和中距的視覺任務。特別是，近距影像會被放大以使圖案被部分視網膜檢測到的功能而不會被盲點減值。現有的治療方法使用放大設備可能會很麻煩且攜帶不便。同時，這些患者很多都不能在沒有放大設備的情況下執行視覺任務，因此他們對於視覺任務的自動轉換並沒有太大需求。其他患者可能已經有不涉及例如駕駛等由近距到遠距的視覺轉換是至關重要的任務的生活型態，基於這些患者的需求，患者擁有一個可以手動方式的自近距至遠距切換的系統是可行的。
圖3一顯示使用手動觸發的電活性眼用透鏡300的方塊圖。感測器302可以包括任何適用於該手動觸發問題的檢測裝置，而該處理器304及該電活性光學元件306是類似於如上所述的該處理器204及該電活性光學元件206合適的適用於特定的手動觸發。在一個手動觸發的實施例中，感測器302可以包括一個光階(light level)感測器，用於檢測環境光階。觸發可能是由遠距視力切換至近距或中間視力的一個特定的閃爍模式。在更複雜的光學檢測系統中，可以檢測到在視野範圍內的手或手指的動作及/或熱特徵。感測器302可以是一個檢測到施加於眼睛的壓力的壓力感測器，例如以手指按壓鞏膜或是在另一位置的皮下開關而將一個信號傳送至處理器304。感測器302也可以是一個感測語音指令而啟動的語音感測器。
感測器302也可以是電磁感測器。例如，感測器302可以檢測到一個由無線遙控器輸入的二進制或可調諧的對該電活性元件的光功率的控制。這樣的遙控器可包括，例如，一種手持式裝置、手鐲、手錶、鑰匙，或其它合適的無線通信遙控器。也可以使用一種磁性觸發器，例如，可以在靠近感測器302的地方揮舞一個磁性環或手鐲。腦波圖(electroencephalography，EEG)信號也可以用於指示意圖開關的腦活動特徵。
即使是手動感測器，它可能是有利於部分形式的自動轉換到遠距視力以減輕患者在某些情況下要轉換回遠距視力的需求。例如，頭的位置可能會被檢測到，這樣， 當患者往上看一段特定的時間，該電活性元件恢復到遠距視力。同樣地，可以是當超出一個特定的時間限制，患者必須再次觸發近距視力。在另一個實施例中，一個遙控器可以周期性地廣播信號，若信號未被檢測到，例如當該遙控器未妥當地關閉或是電力耗盡，之後該電活性元件(element)可以轉換成遠距視力。或者，遙控器可以持續地播放一信號，例如當一按鈕被按下，使該信號被中斷時，該電活性光學元件(optic)即轉換成遠距視力。光電元件在這些情況下轉換成其初始地光功率可以統稱為「故障保全狀況(fail-safe conditions)」。
具有本技術領域普通技術的人員將能夠理解在不背離(departing)本發明之範圍的情況下，可以對上述實施例進行各種改變。
100‧‧‧眼睛
102‧‧‧肌電感測器
104‧‧‧肌電感測器

Claims (14)

  1. 一種電活性眼用透鏡，其包含：至少一肌電感測器，其被構形成檢測眼部睫狀肌中與睫狀肌作用力成比例的電場，並產生一表示電場的感測信號；一處理器，其耦接於該肌電感測器，該處理器可操作地接收來自該肌電感測器的該信號，並基於該感測信號決定一電活性光學元件之光功率的調節，並產生一個對該電活性光學元件的控制信號；以及該電活性光學元件耦接於該處理器，該電活性光學可操作地接收該控制信號並回應該控制信號以改變該電活性光學元件的光功率。
  2. 如請求項1之透鏡，其中，該透鏡是一人工水晶體。
  3. 如請求項1之透鏡，其中，該透鏡是一隱形眼鏡。
  4. 如請求項1之透鏡，其中，該至少一感測器包含複數個包括一參考感測器的感測器。
  5. 如請求項1之透鏡，其中，該至少一感測器包含一與該睫狀肌接觸的電極。
  6. 如請求項1之透鏡，其中，該至少一感測器包含一非接觸式的電磁感測器。
  7. 一種電活性眼用透鏡，其包含：至少一感測器，其被構形成對一電活性光學元件檢測預定的手動觸發； 一處理器，其耦接於該感測器，該處理器可操作地接收來自該感測器的信號，並基於該感測信號對該電活性光學元件決定一光功率之調節，並產生一個對該電活性光學元件的控制信號；以及該電活性光學元件耦接於該處理器，該電活性光學元件可操作地接收該控制信號並回應該控制信號以改變該電活性光學元件的光功率，其中該電活性光學元件的光功率的變化為至少6屈光度。
  8. 如請求項7之透鏡，其中，該手動觸發包含一個眨眼的模式。
  9. 如請求項7之透鏡，其中，該手動觸發包含施加在眼睛上的壓力。
  10. 如請求項7之透鏡，其中，該手動觸發包含一隻手在眼睛附近的動作。
  11. 如請求項7之透鏡，其中，該手動觸發包含按壓一皮下開關。
  12. 如請求項7之透鏡，其中，該手動觸發包含移動一鄰近眼睛的磁場控制。
  13. 如請求項7之透鏡，其中，該手動觸發包含觸發一無線遙控器的信號。
  14. 如請求項7之透鏡，其中，該處理器備被構形成回應檢測到一故障保全狀況(fail-safe condition)，自動將該電活性光學元件的光功率回復到一初始狀態。
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