עדשות מגע חכמות וחשיבות ההתאמה לחולים בודדים

הגבול הבא בחזון ובריאות: עדשות מגע חכמות

עדשות מגע חכמות מייצגות התכנסות של microfabricationcation, אלקטרוניקה גמישה, והנדסת ביו-רפואית כי הוא מעצב מחדש טכנולוגיה לבישטית.בניגוד לרכיבים קשיחים, עדשות אלה יושבות ישירות על הרקמה החיה של העין, המאפשרת זיהוי ביוכימי ישיר, לחץ תוך עיני ניטור, ואפילו שיפור המציאות הוא עצום: ניטור מתמשך ללא מאמץ, אספקה טיפולית בזמן אמתי, וספק מידע חזותי, אך חייב להיות בעל אופי חזותי, אל פנים, אל פנים, אל פנים, אל פנים, אל פנים, אל פנים, אל פנים, ומציאות יעילה, אל פנים, אל פנים, אל פנים, הוא יעיל, ומציאות טיפולית, הוא יעיל, הוא יעיל, אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים, עם זאת, אל פנים אל פנים אל פנים, הוא יעיל, אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים, אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים, הוא יעיל, הוא יעיל, הוא יעיל, הוא יעיל, עם המציאות היא יעילה, הוא יעיל, והוא דורש, אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים אל פנים

השוק העולמי עדשות מגע חכמות צפוי לגדול באופן משמעותי בעשור הבא, מונע על ידי אוכלוסיות ההזדקנות, עלייה סוכרת ובוגרת גלאוקומה, ואת האינטרס הצרכני במציאות מוגברת. בעוד מכשירים אלה נעים ממעבדות מחקר להגדרות קליניות ומסחריות, השאלה של התאמה אישית נע מנחמדות טכנית ועדות רגולטורית ואתית. מאמר זה בוחן את הטכנולוגיות תחת עדשות מגע חכמות, המקרה משכנע עבור הפרטנות אישית, ייצור אמיתי חייב להיות להתגבר על אתגרים הנדסיים באמת.

מידע חכם ל-Lens טכנולוגיה

עדשות מגע חכמות משלבות רכיבים מיקרואלקטרוניקה בתוך או על תת-קרקעי דק וגמיש, התואמים את הקרנית.מרכיבים אלה כוללים חיישנים מיני-אירויים, אנטנה, מיקרו-בקרים, סוללות או מקלטי חשמל אלחוטיים, ובמקרים מסוימים מיקרו-----הצגתם פונקציות בו-זמנית כמכשיר אופטי ותוכנית איסוף נתונים.

אבטיפוס מוקדם הראו את האפשרות הטכנית של פונקציות אלה. חוקרים מאוניברסיטת מישיגן פיתחו עדשה המדידה לחץ תוך עיני עם רגישות גבוהה באמצעות חיישן קיבולי המוטבעת בסולפיית העדשה.קבוצות אחרות יצרו חיישני גלוקוז אמperometric אשר מזהים גלוקוז בנוזל מדמיע, משדר קריאה אלחוטית לסמארטפון.

המונחים:

• (FLT:0) חומרים מטבוליים:0.Substrate חומר: 1FLT:1 פולימרים ביו-תואמים כגון הידרוגב הסיליקון או pHEMA המאפשרים לחמצן (Dk/t גדול מ-125 עבור ללבוש מורחב) ומתנגדים לפירוק חלבון.חומרים אלה חייבים להיות ברורים, יציבים מבחינה מכנית, ותואמים עם רקמת התירס על פני תקופות ארוכות של ללבוש.
• (FLT:0)ensors:FLT:1 חיישנים אלקטרוכימיים (אמפרומטרי או רב-עוצמה) מודדים פינים כגון גלוקוז, לקטטה, או חומצת שתן. חיישנים לחץ חומצי או ⁇ טיבי לזהות שינויים בלחץ תוך-אווירה.
• (FLT:0) תקשורת ללא תשלום: 1FLT 1 ליד שדה תקשורת (NFC) או Bluetooth Low Energy (BLE) אנטנות משדרות נתונים למקלטים חיצוניים. NFC יכול גם לקבל כוח באופן בלתי נמנע מ משדר סמוך, ובכך למנוע את הצורך בסוללה על הסיפון בעיצובים מסוימים.
• (FLT:0Microcontroller או ASIC:FIRLT:1) אותות מעגליים משולבים יישומים, מנהל צריכת חשמל, מטפל נתונים קידוד. השבבים האלה מוטבעים בקנה מידה המיקרומטר כדי להתאים בתוך העדשה ללא חסימה ראייה.
• (FLT:0) יסודות המשחק (עבור מודלים AR): ibph:1 ; מיקרו-LEDs, אלמנטים גבישים נוזליים, או גרטינג דיפראקטיביים שיוצרים תמונות.התצוגה חייבת להיות בהירה מספיק כדי להיות גלויה נגד אור מבולגן, אבל לא כל כך בהיר כמו לגרום לאי נוחות או פוטוקסיות.

כל המרכיבים האלה חייבים להתקיים ללא גרימת גירוי, חסימת חזון, או ללטוש חומרים רעילים לתוך הסרט מדמיע.זה דורש ייצור דיוק בקנה מידה מיקרומטר ובדיקת ביו-תחרות קפדנית - מאתגרים שגדלים באופן משמעותי כאשר התאמה אישית מוצגת.

המקרה של אישיות עמוקה

העין האנושית אינה מרכיב סטנדרטי.קורנל מרפא נמדד על ידי קרטומטריה משתנה נרחב על פני אוכלוסיות, יצירת סרט מדמיע משתנה עם תזונה ומצב בריאות, דינמיקות ממצמצמות שונות בין יחידים, ופעילות מטבולית של אפיתליום הקרנית משפיעה על הביקוש לחמצן והסרחת פסולת. עדשות מגע חכמות המיועדות לעיניים רגילות עלולות לגרום לאי נוחות, לייצר חיישנים לא מדויקים, או להיכשל כדי לשמור על מיקום יציב על קרינת קרנית עם רמות אופטיות בממשק אופטימפטוגרפיה, עם תאים אופטיים אלה, או מתואמים, 4.

המונחים: Geometric Fit

הדרישה הההתאמה המיידית ביותר היא ההתאמה הפיזית של העדשה.התירסיה היא פריפריה, עם רדיוס מרכזי של כורחה (משטח הבסיס) בדרך כלל החל מ 7.5 עד 8.5 מ"מ, אם כי קיצוניות קיימים.הקוטר הכולל של העדשה חייב להתאים את הקוטר הקרנית, ואת פרופיל קצה חייב להתמזג בצורה חלקה עם הצומת.

טכניקות ייצור מתקדמות מטפלות כעת לאתגר זה.דפסה תלת-ממדית של הידרוג'ל הסיליקון באמצעות עיבוד אור דיגיטלי מאפשר עדשות להיות מוטבע ישירות מנתוני טופוגרפיה הקרנית המתקבלת באמצעות קידוד קוהרנטיות אופטית או הדמיה דיסקית פלצ'אדו.מיקרומקצ'ינג לייזר יכול ליצור נקודות קצה מדויקות וערוצים עבור זרימת דמעה. חלק מהחוקרים הוכיחו כי משלבים מיקרו-השפעהיים כדי להפיץ דמעות אפילו מתחת לסיכון, הפחתת נקודות קצה חיצוניות אחרות, אשר משפרות את יכולת טיפולית עם יכולת טיפולית עם יכולת טיפולית אישית.

חיישן המטופל-הניתוח

הסביבה הביוכימית של הסרט הדמעות היא מאוד אישית ודינמית. ריכוזי גלוקוז של תה משתנים עם רמות גלוקוז בדם, אבל היחסים מושפעים מגורמים כולל קצב זרימת הדמעות, תדירות ממצמצוץ, ואת השלמות של מחסום הדם-הדם-הדם- חיישן גלוקוז הגדל באמצעות נתונים מוכנסיים יניבו קריאה לא מדויקת עבור מטופלים רבים.

יצרנים מפתחים פרוטוקולים של קיטור אדפטיים המשתמשים בקריאה ראשונית של בסיס מהמטופל להגדיר פרמטרים חיישן, ולאחר מכן באופן זמני לתקן באמצעות מכשיר התייחסות חיצוני או אלגוריתמים משובצים שמזהים את הסחף.לדוגמה, עדשה חכמה לניהול סוכרת עשויה לדרוש לחולה לבצע מדי יום למדידת גלוקוז חד פעמית לאימון, עם העדשה באמצעות נתונים כדי להתאים את ה cabration שלה, לאחר זמן הלמידה באופן אוטומטי, כדי להתאים את התבנית עם לוחמת הראייה.

סוויטות חיישן מותאם אישית

מצבים בריאותיים שונים דורשים תצורה שונה של חיישן.A DrDeramus המטופל דורש חיישן לחץ המסוגל לזהות שינויים IOP קטן כמו 1 מ"מ כספית, עם קריאה נלקח פעמים רבות לשעה כדי ללכוד ספייקטים Nocturnal. חולה סוכרת צריך חיישן גלוקוז מבוסס אנזים עם טווח תגובה ליניארי של 1-20 מ"מ לנקה והפרעות מינימליות מחומצה קוקורבית או רכיבים אחרים ניטור ספורטאי עשוי להועיל חיישנים, כגון לחץ מטבולי, כגון לחץ מטבולי, ודלקתי, ולכן לחץ מטבולי, כמו גם לחץ מטבוליפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטציה.

כיום, אבטיפוס עדשות חכמות כוללים סוג חיישן יחיד.עיצובים עתידיים יאפשר שילוב מודולרי של חיישנים מרובים על אותה עדשות תת-סטרט, עם מערך ספציפי שנבחר על בסיס הצרכים הקליניים של המטופל. גישה זו מפחיתה את צריכת החשמל, עומס חישובי, ועלות בהשוואה למערך חיישן אוניברסלי המנטר את הכל.הבחירה של חיישנים ניתן מונחה על ידי הרשומה האלקטרונית של המטופל, עם התאמות כפי שעושות את המצב שלהם מתפתח.

המונחים: Optical Prescriptionאינטגרציה

רוב החולים שיכולים ליהנות מ עדשות חכמות לבריאות-פרסום דורשות גם תיקון ראייה עבור שגיאות השבירה.עדשה חכמה חייבת לשלב את הכוח הספירי הנכון, כוח גליל, ואת ציר לתיקון אסטיגמציה תוך שילוב האלקטרוניקה המשובצת.זה מושג באמצעות תבניות עדשות מותאם אישית או פיקוח דיגיטלי של UV של הפולימרים במהלך ייצור.

האזור האופטי של העדשה - האזור המרכזי שבאמצעותו המטופל רואה - חייב להיות חופשי מרכיבים אלקטרוניים אשר פיזור אור או להפחית את איכות התמונה.זה מטיל מגבלות על חיישן ומיקום אנטנה, בדרך כלל מרתיע אותם לפריפריה של העדשה שבה הם לא להפריע ראייה.מיקום היקפי חייב עדיין לאפשר מגע הולם עבור חיישנים ותקשורת אלחוטית יעילה עבור אנטנה, יצירת עיצוב מורכב כי יש לפתור כל בעיה ייחודית קירור.

ממשק משתמש ומשלוח נתונים

עבור עדשות חכמות המספקות מידע חזותי באמצעות מציאות מוגברת או אורות אינדיקטור פשוטים, ממשק המשתמש חייב להיות מותאם לזיהוי הראייה של הפרט, אורח החיים וההעדפות. גורמים כגון בהירות התצוגה, הצבע המשמש לאזהרות, המיקום של מידע מוקרן בתוך השדה החזותי, ואת המורכבות של הנתונים המוצגים יכול להיות מותאם אישית.

התוכנה שמעבדת נתוני חיישן וגורמת התראות חזותיות או אלחוטיות צריך גם ללמוד מההתנהגות של המשתמש.אלגוריתם למידת מכונה יכול לזהות כי הלחץ הפנימי של המטופל בדרך כלל עולה מוקדם בבוקר ולהתאים את תדירות המעקב בהתאם, שמירה על כוח במהלך תקופות של לחץ יציב ולהגדיל את ההחלטה במהלך חלונות קריטיים.ממשק המשתמש צריך גם לקחת בחשבון את האוריינות הדיגיטלית והדמיונית של המטופל, מתן גופניות מתאימה, סגנונות ניגודיות, ניגודיות ונקודות התראה.

ייצור ואתגרי הנדסה

התאמה מציגה אתגרים הנדסיים וכלכליים משמעותיים.תהליכי המוליכים למחצה ו- MEMS המשמשים ליצירת חיישנים ועיגולים משולבים הם אופטימיזציה עבור בינוני גבוה, ייצור אחיד.ההפיכת עדשות חד פעמיות לכל מטופל הוא יקר באופן דרסטי יותר מאשר ייצור אלפי יחידות זהות.טכניקות ייצור חדשות נדרשים המאפשרות עיצוב גמיש, ספציפי לחולה ללא הפעלת קו הייצור כולו עבור כל וריאציות.

הגייה Custom fabrication

הדפסה רול-טו-אול של חומרים אלקטרוניים על תת-שכבות גמישות מציעה מסלול להתאמה דרוגנית. בגישה זו, חיישנים, אנאנטנות, וחיבורים מודפסים באמצעות דיוג'ט או מטוס סילון אווירול על רשת רציפה של חומר פולימר.האלקטרוניקה המודפסת הם אז מחלחלים בשכבות פולימרניות נוספות, ואת צורת העדשה נחתכת מהאינטרנט באמצעות חיתוך לייזר או מוות על פי פרמטרים של טיפול בחולי, המאפשרים חדשים עבור חיישן, או ציפוי, ללא אנטוגרפיה, או ציפוי כולל, ללא אנטנות.

גישה נוספת משתמשת הדפסה דיגיטלית של אור 3D כדי לבנות את שכבת העדשה על ידי שכבה, עם רכיבים אלקטרוניים משובצים במהלך תהליך ההדפסה. שיטה זו מציעה גמישות עיצובית גדולה יותר אבל היא כיום איטי ופחות מתאים לייצור המוני.

בטיחות ושיקום

כל שינוי בעיצוב עדשות - בין אם עקומת בסיס שונה, חומר חיישן חדש, או צורת אנטנה שונה - יש להעריך עבור בטיחות. העדשה חייבת לשמור על חדירות חמצן נאותה, להתנגד לפירוק חלבון ו ⁇ חיידקי, לא לשפוך חלקיקים, ולשמור על השלמות המכנית שלה על תקופת הלבוש המיועדת. , סוכנויות רגלטורי דורש בדיקות קליניות נרחבות עבור כל עיצוב ייחודי, כולל אסימונים רעילים, מחקרים ביו-אופטיקה, ומודלים בבעלי חיים.

עבור עדשות מותאמות משתנות לחולה, מסגרת רגולטורית עדיין מתפתחת.ה- FDA הוציא הדרכה על ייצור תוספים של מכשירים רפואיים, אך הדרכה ספציפית עדשות מגע מותאמות אישית עם אלקטרוניקה משובצת נשאר מוגבל. כמה יצרנים רודף עיצובים פלטפורמה עם מודול מעגלים משולב סטנדרטי וחיישנים, עם התאמה אישית מוגבלת לגאומטריה ומרשם אופטי. גישה זו מפחיתה את הנטל הרגולטורי תוך כדי מתן התאמה אישית משמעותית לאחרים הם עובדים עם סוכנויות רגולטוריות לפיתוח פרוטוקולים כדי לאפשר שינוי בתוך חללים ללא שינוי מלא.

ניהול חשמל עבור מערכות אישיות

תצורה שונה של חיישן יש דרישות כוח שונות.עדה עם חיישן גלוקוז יחיד ועברת נתונים יומית עשויה לצרוך רק כמה מיקרו-וואט, בעוד עדשות עם חיישנים מרובים וזרמה אלחוטית רציפה עשויה לדרוש צפיפות כוח מילימטרים ב עדשות מגע מוגבלת באופן חמור כי סוללות חייב להיות זעיר, גמיש ובטוח. inductive אלחוטי העברה היא הפתרון הנפוץ ביותר, עם כוח המתקבל מסמארטפון, חכם, או מטען מיוחד בן לילה.

היעילות של הפיכה כוח אינדוקטיבי תלויה בהיערכות וגיאומטריה של האנטנה המקלט בעדשה ואת אנטנה משדרת במכשיר הטעינה. צורות עדשות מותאם אישית עשויים להיות אנאנטות עם קוטרים שונים או תדרים חוזרים, המשפיעים על יעילות העברת כוח.מתאים הסתגלותיים הסתגלותיים יכולים לפצות על הבדלים אלה, אבל הם מוסיפים מורכבות וצורכים כוח בעצמם.

פרטיות נתונים ואבטחה

עדשות מגע חכמות כי ברציפות נתוני בריאות להעלות חששות פרטיות ואבטחה חמורים. intraocular לחץ קורא, רמות גלוקוז, וסימנים ביולוגיים אחרים הם מידע רגיש מאוד שניתן להשתמש על ידי אבטיחים, מעסיקים, או שחקנים זדוניים אם יירוט. Customization עשוי לכלול אחסון קבצים קיטובים ספציפיים לחולה, נתונים טופוגרף תירס, מזהה ביומטרי במאגרי מידע ענן, יצירת התקפות נוספות.

יצרנים חייבים להטביע הצפנה ברמת החומרה, להבטיח כי קושחה ניתן לעדכן באופן מאובטח, ולעמוד בתקנות הגנת נתונים של בריאות כגון HIPAA בארצות הברית ו-GDPR באירופה, חולים חייבים לשלוט על הנתונים שלהם, כולל היכולת לבטל גישה ולמחוק מידע מאוחסן.שקיפות על נהלי איסוף נתונים ואמצעי אבטחה יהיו חיוניים לאמון ואימוץ המטופל.

יישומים קליניים ותוצאות מוקדמות

הפוטנציאל הקליני של עדשות מגע חכמות נחקר במספר תחומים טיפוליים.עבור ניהול DrDeramus, ניטור IOP רציף יכול לחשוף דפוסים של לחץ רדיקאלי כי הם מפספסים מדידות מרפאה ספירודי, המאפשר טיפול ממוקד יותר.מחקר שפורסם ב-FLT:0 תרגומים מדע הראייה ואמפ; טכנולוגיהFLT:1 הוכיח כי עדשות מגע חכם יכול למדוד את זה באופן מדויק יותר מ -24 שעות בנבדקים אנושיים, עם קריאה עם לוגיה ל- גולדמן.

עבור ניהול סוכרת, ניטור גלוקוז רציף מנוזל מדמיע יכול להפחית את הצורך בבדיקות אצבע מקל ולספק אזהרות קודמות של hypoglycemia או היפרגליקמיה. חוקרים מאוניברסיטת טקסס פיתחו עדשה שמזהה גלוקוז בדמעות מלאכותיות עם רגישות עד 0.1 m, מספיק עבור רלוונטיות קלינית.בעלי חיים אישרו כי דמעה גלוקוז מתא עם גלוקוז בדם בתוך זמן של 10-15 דקות, מה שהופך בזמן אמת מעקב.

עבור ספורטאים ואנשי צבא, עדשות לפקח על לקטטה, נתרן, ומעמד היממה יכולים לייעל ביצועים ולמנוע פגיעה בחום. יישומים אלה דורשים עיצובים פגומים שיכולים לעמוד בפעילות גופנית, הזיעה, ותנאים סביבתיים משתנים. אבות טיפוס מוקדמים נבדקו במהלך פרוטוקולי פעילות גופנית, להפגין ביצועים יציבים חיישן שידור נתונים אלחוטי.

כיוונים עתידיים ואפשרויות מתפתחות

כמה מגמות מחקר מאיצים את הפיתוח של עדשות חכמות מותאמות אישית. A בינה מלאכותית ואלגוריתמי למידת מכונה יכולים לנתח נתוני חיישן בזמן אמת, לזהות דפוסים המעידים על שינוי מצב הבריאות ולהתאמה של קליברציה או תדירות ניטור באופן אוטומטי.זה יוצר מערכת אישית המאפשרת התאמה עצמית שמתאימה לפיזיולוגיה של המטופל מבלי לדרוש שינוי ידני.

פונקציות טיפוליות משולבות ואבחנתיות, הנקראות לעתים קרובות את הנוירונאוטיקה, מייצגים גבול אחר.עדה חכמה יכולה לפקח על לחץ תוך עיני וכאשר היא מזהה ספייק, לגרום לשחרור תרופה כגון latanoprost ממאגרים המוטבעים בעדשות.פרופיל התרופות יהיה מותאם על בסיס דפוס הלחץ של הפרט ותגובה לטיפול.

עבור חולים עם ראייה נמוכה עקב ניוון מקולרי או retinitis פיגמנטוזה, עדשות חכמות מוגברת המציאות יכול לשפר את הראייה שנותרה. התוכנה תהיה מכוונת לגירעון החזותי של הפרט, מתן שיפור ניגוד, זיהוי קצה, או הגדלת טקסט. עיבוד תמונה בזמן אמת יכול לתרגם מידע חזותי לתוך אותות השמעה או tactile עבור חולים עם אובדן ראייה עמוק.

ההתקדמות במדעי החומרים מאפשרת גם אפשרויות חדשות.חומרים אלקטרוניים הניתנים ל- Biodegradable המתמוססים לאחר תקופה מוגדרת יכולים לאפשר עדשות חכמות לשימוש יחיד למעקב לטווח קצר, כגון לאחר ניתוח עיניים. פולימרים עצמיים יכולים להאריך את חיי עדשות שמפתחות מיקרו-קracks במהלך ללבוש.

מסקנה

עדשות מגע חכמות מציעות חזון משכנע של ניטור בריאות מתמשך, תפיסה מוגברת, וטיפול מותאם אישית מועבר באמצעות מכשיר שאינו אובססיבי ומכיר.אבל ההצלחה של הטכנולוגיה הזו תלויה בעיקרון קל להתעלם ממהר לשיווק: אין שתי עיניים דומות.התאמה היא לא תכונה מותרת או מבדל שיווקי; היא דרישה בסיסית לבטיחות, נוחות, ואמינות קלינית.

הדרך קדימה דורשת התקדמות בייצור שיכולה לספק עדשות ספציפיות לחולה בעלות סבירה, מסגרות רגולטוריות המאפשרות התאמה משמעותית ללא היערכות של בטיחות, ומערכות נתונים שמגן על פרטיות המטופל תוך מתן אפשרות ל calibration אישית ו ניטור. חברות וחוקרים שמשקיעים ביכולות אלה יהיו ממוקמים הטוב ביותר להביא עדשות מגע חכמות מיישומים לאימוץ הזרם המרכזי.

(ב) לקוראים יש להתייעץ עם המכון הלאומי לבריאות על (FLT:0 עיניים בריאות ומחלותph:1, ה- FDA הדרכה על FLT:2 יצירת עדשות מגע ובטיחות FLT 3:3), וסקירות האחרונות ב-FLT:4npj גמישות אלקטרוניקהFLT:5 ו-FLT:6Biosors ו- BioronicsF לדון ב- 7 אינטגרציה חכמה וטכנולוגיות חיישן חכם.