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非侵入式視力矯正結合AI演算法

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科技產業資訊室 - 張小玫 & 邱舒恬 發表於 2018年7月18日
圖、非侵入式視力矯正結合AI演算法

隨著3C產品深入人類的生活,也造成對眼睛的使用過度的問題。據專家預測,至2020年全球將有大約25億人受近視症狀所苦。雖然,近視雷射手術有著較高的成功率,但也因為手術是侵入性,病患可能會受到術後併發症的影響。例如:LASIK(Laser-Assisted in Situ Keratomileusis,準分子鐳射原位角膜磨鑲術)這種用雷射治療的手術會削薄角膜,有弱化角膜機能的風險,同時造成病患的心理不安和恐懼的缺點。
 
最近,哥倫比亞大學工學院研究員Sinisa Vukelic研發出一種非侵入、可永久矯正勢力的新型手術,這項新科技將成為傳統雷射手術外的另一個選項。
 
他突破性創舉在於使用了一種名為「飛秒振盪器」(F
emtosecond Oscillator)的超高速雷射儀器,此儀器可以用高重複頻率輸出微量的脈衝能量,目前從臨床前模型表現來看,大有可為。若成功的話,可用於更多常見的眼部疾病治療,例如近視、遠視、散光和不規則散光等等,且醫生甚至不需要碰觸到病患就能進行治療。
 
他依據角膜組織的生化與生物力學特性去做選擇性、局部性的改造,因此改變了角膜組織的樣貌。他的創新手法以不傷害細胞、避免造成組織破壞的前提下,用飛秒振盪器去改變膠原組織的生化及生物力學特性。此技術可以輸出足夠的功率去誘導預設範圍內的低密度等離子體,但不會過度輸送而損害到治療區域內的組織。
 
換句話說,Vukelic透過低密度等離子體去誘導角膜內的水離子,並使其離子化。這種電離會產生活性氧類,也就是一種含氧、易於與細胞中其他離子反應的不穩定分子。此分子會反過來跟膠原纖維相互作用並形成化學鍵或交叉鏈接;而這些交叉鏈接的選擇性導入,會誘使受治療的角膜組織產生力學性能的變化。
 
當我們把這項新技術應用在眼部角膜組織時,其所產生的交叉鏈接會改變治療部位的膠原特性,最終在整個角膜產生巨觀結構的變化。此療程會電離角膜內的目標離子卻不會瓦解角膜組織(Optical Breakdown)。也就是藉由光化學程序而不會破壞組織,且治療後的狀態也會保持穩定。
 
Vukelic團隊目前正積極打造臨床模型,並計畫在年底(2018)前啟動臨床實驗。還有,他將開發能預測角膜反應的方法並發展出雷射放射的函數公式,例如預估治療時角膜會如何變形。若研究人員能掌握角膜出現的變化,就可以將療程個人化。比如說可以先掃描個別患者的角膜,再用Vukelic推導的演算公式去做個別的療程微調,如此更能進一步的改善病人的視力。
 
該項技術,將開啟膠原組織無創修復之潛在應用商機,不僅運用在眼部的透明物質上,只要是富含膠原的組織,都可以利用這個技術進行治療。Vukelic正與Gerad Ateshian教授團隊合作,將該療法應用在早期骨骼關節炎的療程,而初步成果相當的樂觀。

Sinisa Vukelic之專利申請方面,關於雷射膠原組織相互作用,其專利家族及請求項說明,如下表:

摘要
本公開的主題提供用於在未使用光敏劑(例如,核黃素)的情況下通過誘導組織中含有的水的電離來產生自由基而在諸如軟骨或角膜的人體組織中誘導膠原交聯的技術,所述自由基在所述人體組織中誘導化學交聯。在一個實施方案中,飛秒雷射器以足夠低的雷射脈衝能量操作來避免對組織的光學破壞。在一個實施方案中,所述飛秒雷射器在紅外頻率範圍內操作。
 
Claim 0001
1.一種在含有水的組織中誘導交聯的方法,所述方法包括:通過使水分子電離來生成活性氧物質,所述電離包括將光聚焦在含有水的組織上;所述光的所述聚焦和強度足以在未對所述組織的分子造成光學破壞的情況下引起水的電離;所述光的頻率範圍被選定為在未直接形成共價鍵的情況下激發水分子。

表、哥倫比亞大學工學院研究員Sinisa Vukelic之專利關於雷射膠原組織相互作用
Country Code Kind Code Title No. of Claims Application Number Application Date Unexamined Pub. Number
KR A The collagen cross-linkage induced by laser inside of the organization(조직 내 레이저 유도된 콜라겐 가교결합) 110 10-2018-7009492 2016-10-23 10-2018-0074674
EP A1 LASER INDUCED COLLAGEN CROSSLINKING IN TISSUE   2016-858413 2016-10-23 3319538
CN By the collagen cross-linking in the tissue of induced with laser 110 2016-80051247 2016-10-23 108024831
AU A1 Laser induced collagen crosslinking in tissue   2016-342057 2016-10-23 2016342057
CA A1 LASER INDUCED COLLAGEN CROSSLINKING IN TISSUE   3001139 2016-10-23 3001139
PCT A1 LASER INDUCED COLLAGEN CROSSLINKING IN TISSUE   PCT-US2016-058353 2016-10-23 WO2017-070637
製表:科技政策研究與資訊中心—科技產業資訊室(iKnow)整理,2018/7

另外,還有三項專利關於流體精準監控、方法、分析,如下:

WO2017-152185 A1 
PORTABLE FLUID MONITORING FOB AND METHODS FOR ACCURATELY MEASURING FLUID OUTPUT

WO2017-214604 A1 
DEVICES, METHODS, AND SYSTEMS FOR DETECTION OF COLLAGEN TISSUE FEATURES


US 2012-0316446 A1
RAMAN SPECTRAL ANALYSIS FOR DISEASE DETECTION AND MONITORING


(892字;圖1)
 

參考資料:
Non-Invasive Vision Correction Innovation Could Prove Alternative To Laser Eye Surgery. Forbes, 2018/5/31.


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