【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本文所述主題涉及眼部有限元建模(fem)和機器學(xué)習，更具體地說，涉及一種虛擬生態(tài)系統(tǒng)，其配置為使用幾種相關(guān)的預(yù)測模擬算法在多個條件狀態(tài)中在活眼的虛擬現(xiàn)實中提供實時、動態(tài)的交互式虛擬眼部圖像重建。交互式虛擬眼部圖像能夠表示個體特定機械、材料和物理特性，并展示和/或模仿活眼(無論物種如何)在各種條件和強加的要求—即手術(shù)干預(yù)、療愈干預(yù)、疾病過程的代表性進展—下的行為。此外，本專利技術(shù)能夠傳遞這些各種干預(yù)的數(shù)值模擬和結(jié)果，包括干預(yù)和/或疾病過程的逆轉(zhuǎn)。此外，本專利技術(shù)被配置為在任何數(shù)據(jù)源(一個或多個)上應(yīng)用數(shù)值方法和/或計算，以預(yù)測活眼中的多個預(yù)期和/或意外條件和事件。
技術(shù)介紹
1、眼睛是一種生物力學(xué)結(jié)構(gòu)，其包含負責視覺功能和眼部生物運輸?shù)膹?fù)雜肌肉、排水和液體機制。調(diào)節(jié)系統(tǒng)是眼部器官中的主要運動系統(tǒng)，促進眼睛的許多生理和視覺功能。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的生理作用是使房水、玻璃體、血液、營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣、二氧化碳、大分子和小分子藥物以及其他細胞在眼部器官周圍移動。
2、總體而言，老花眼調(diào)節(jié)能力的喪失有許多晶狀體因素、以及晶狀體外因素和生理因素，這些因素受年齡增長的影響。晚期糖基化終產(chǎn)物(age)＝age的積累會產(chǎn)生有害的化學(xué)鍵，其導(dǎo)致包括眼睛在內(nèi)的身體結(jié)締組織的生物力學(xué)剛度增加。
3、隨著年齡增長的眼部僵硬性增加會在這些眼部結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，且可能影響調(diào)節(jié)能力，這會以生物力學(xué)減弱功能障礙的形式在生理過程方面影響眼睛，僅舉幾例，包括視覺調(diào)節(jié)、房水流體動力學(xué)、玻璃體流體動力學(xué)和眼部脈動血流等。目前的手術(shù)僅通過一些人工手段操縱光學(xué)
4、此外，目前在鞏膜中的植入裝置在調(diào)節(jié)時獲得機械效應(yīng)。它們沒有考慮到孔(例如微孔)的影響或在3d組織中創(chuàng)建孔矩陣陣列。因此，目前的手術(shù)和裝置無法恢復(fù)正常的眼部生理功能。
5、因此，存在對用于恢復(fù)正常的眼部生理功能的改進系統(tǒng)和方法的需要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、一般而言，本文提出了硬件和軟件系統(tǒng)解決方案，其提供眼睛(例如，個體眼睛或動物眼)的實時、交互式的預(yù)測模擬。如下文更詳細描述的，個體的眼睛的預(yù)測模擬可以使用光學(xué)生物力學(xué)(包括眼部調(diào)節(jié))所涉及的眼部結(jié)構(gòu)有限元模型(fem)來創(chuàng)建。
2、在一個方面，公開了一種用于在虛擬現(xiàn)實中對個體眼睛進行重建、操縱和干預(yù)的系統(tǒng)，包括：3d建模組件，包括至少一個數(shù)據(jù)處理器；成像系統(tǒng)，生物熱系統(tǒng)，交互式用戶接口；輸入程序，用于接收和操縱物理、生物特征、生物力學(xué)、材料和機械信息和數(shù)據(jù)；以及至少一個存儲器，用于存儲指令，當由所述至少一個數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時，該指令導(dǎo)致包括以下的操作：生成第一特定模擬，其中激活bruch膜脈絡(luò)膜以確定晶狀體變形所需能量的第一貢獻；生成第二個體特定模擬，其中，激活個體的眼睛的睫狀肌纖維部分的起點部分，以確定第一睫狀肌纖維部分對眼睛晶狀體變形的第一貢獻；生成第二個體特定模擬，其中，激活個體眼睛的第二睫狀肌纖維部分，以確定第二睫狀肌纖維部分對所述眼睛的晶狀體變形的第二貢獻；生成第三個體特定模擬，其中，激活個體眼睛的第三睫狀肌纖維部分以確定第二睫狀肌纖維部分對所述眼睛的晶狀體變形的第三貢獻；以及至少基于第一bruch膜脈絡(luò)膜復(fù)合體(bmcc)裝置、第一睫狀肌纖維部分的第一貢獻、第二睫狀肌纖維部分的第二貢獻、第三睫狀肌纖維部分的第三貢獻，確定個體治療的一個或多個參數(shù)。所有模擬都能夠按順序、單獨地和/或與其他參數(shù)操縱并行地執(zhí)行。該系統(tǒng)還可以生成眼睛房水流的流體結(jié)構(gòu)相互作用，其中激活三個流出通路。該系統(tǒng)包括個體眼睛的bruch脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、第一睫狀肌纖維部分和/或第二睫狀肌纖維部分和/或第三睫狀肌纖維部分的一個或多個參數(shù)。在一個實施例中，通過激光在個體的眼睛的bruch脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、第一睫狀肌纖維部分和/或第二睫狀肌纖維部分和/或第三睫狀肌纖維部分之上的眼睛鞏膜組織中產(chǎn)生一個或多個微孔。治療的一個或多個參數(shù)可以包括：包括一個或多個孔的矩陣的數(shù)量、矩陣的位置、每個矩陣的整體形狀、每個矩陣的整體尺寸、每個矩陣中的孔的數(shù)量、每個矩陣中的孔的分布和/或每個矩陣中的孔的深度。在一個實施例中，通過應(yīng)用機器學(xué)習模型(例如回歸模型和算法或年齡進展模型和算法)來確定個體的一個或多個治療參數(shù)。可以基于治療參數(shù)和治療結(jié)果的各種組合來訓(xùn)練機器學(xué)習模型。基于與治療參數(shù)和治療結(jié)果的各種組合相關(guān)的個體人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)來進一步訓(xùn)練機器學(xué)習模型。可以生成用戶接口，顯示針對個體的治療的一個或多個參數(shù)。該系統(tǒng)還可以包括通過用戶接口接收與針對個體的治療的一個或多個參數(shù)相關(guān)的至少一個用戶輸入；并且至少基于用戶輸入更新機器學(xué)習模型。
3、所述操作還包括這樣的系統(tǒng)和方法，用于評估組織的生物力學(xué)特性，模擬生成器將給定個體眼睛的各種光學(xué)、生物力學(xué)、物理特性結(jié)合到活眼的模擬vr幻影中，以及/或者參數(shù)計算組件計算眼睛中多個位置的多個子集(環(huán)應(yīng)力圖)處的生物力學(xué)特性的值(其中虛擬眼睛是交互式的)，和/或眼睛的物理計算。評估工具箱組件被配置為從提取的多個特征中計算與個體眼睛中給定治療干預(yù)的各種可能結(jié)果相關(guān)的至少一個參數(shù)。系統(tǒng)輸出被配置為向治療系統(tǒng)和用戶之一提供計算出的至少一個參數(shù)。一個或多個光學(xué)、生物特征、生物力學(xué)、物理和幾何參數(shù)被結(jié)合到該計算預(yù)測中。vesa的計算器工具箱能夠協(xié)調(diào)各個方程，其為用戶產(chǎn)生最佳解決方案(一個或多個)療愈或手術(shù)干預(yù)
4、在另一方面，公開了一種用于評估患者眼睛的系統(tǒng)，包括：建模組件，配置為根據(jù)整個眼睛的三維結(jié)構(gòu)圖像和眼睛的至少一個生物力學(xué)特性確定整個眼睛的表示；特征提取器，配置為從整個眼睛的模型中提取多個特征；用戶接口，配置為接受來自臨床醫(yī)生的輸入，將目標函數(shù)定義為療愈程序后眼睛的至少一個參數(shù)的函數(shù)；條件或疾病評估組件，配置為根據(jù)提取的多個特征和目標函數(shù)計算與眼睛疾病風險相關(guān)的至少一個參數(shù)，計算出的至少一個參數(shù)包括療愈程序、治療干預(yù)和/或手術(shù)過程中的變量，表示臨床醫(yī)生可以在療愈程序中改變的手術(shù)參數(shù)；以及系統(tǒng)輸出，配置為將計算出的至少一個參數(shù)提供給治療系統(tǒng)和用戶之一。
5、本文所述主題的一個或多個變型的細節(jié)在附圖和以下描述中闡述。本文所述主題的其他特征和優(yōu)點將從說明書和附圖以及權(quán)利要求中顯而易見。
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1.一種用于在虛擬現(xiàn)實中對個體眼睛進行重建、操縱和干預(yù)的系統(tǒng)，包括：3D建模組件，包括
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所有模擬都能夠按順序、單獨和/或與其他參數(shù)操縱并行執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)導(dǎo)致的結(jié)果包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括所述個體的眼睛的Bruch脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、第一睫狀肌纖維部分、第二睫狀肌纖維部分和第三睫狀肌纖維部分的一個或多個參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中通過激光在所述個體的眼睛的Bruch脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、第一睫狀肌纖維部分和/或第二睫狀肌纖維部分和/或第三睫狀肌纖維部分之上的所述眼睛的鞏膜組織中產(chǎn)生一個或多個微孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，治療的一個或多個參數(shù)包括包含一個或多個孔的矩陣的數(shù)量、矩陣的位置、每個矩陣的整體形狀、每個矩陣的整體尺寸、每個矩陣中的孔數(shù)量、每個矩陣中的孔分布、和/或每個矩陣中的孔深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過應(yīng)用機器學(xué)習模型確定所述個體的一個或多個治療參數(shù)。
8.根據(jù)
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述機器學(xué)習模型包括年齡進展模型和算法。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述機器學(xué)習模型是基于治療參數(shù)和治療結(jié)果的各種組合進行訓(xùn)練的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述機器學(xué)習模型基于與所述治療參數(shù)和治療結(jié)果的各種組合相關(guān)的個體人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行進一步訓(xùn)練。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述操作還包括：
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述操作還包括：
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述操作還包括被配置為用于評估組織的生物力學(xué)特性的系統(tǒng)和方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中評估工具箱組件被配置為從提取的多個特征計算與個體眼睛中給定治療干預(yù)的各種可能結(jié)果相關(guān)的至少一個參數(shù)；系統(tǒng)輸出被配置為將計算出的至少一個參數(shù)提供給治療系統(tǒng)和用戶之一；一個或多個光學(xué)、生物特征、生物力學(xué)、物理和幾何參數(shù)被結(jié)合到計算預(yù)測中。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)和方法，其中，VESA的計算器工具箱能夠協(xié)調(diào)方程式，其為用戶產(chǎn)生最優(yōu)的療愈或外科手術(shù)干預(yù)解決方案。
17.一種用于評估患者眼睛的系統(tǒng)，包括：
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，所述建模組件被配置為根據(jù)所述眼睛的三維結(jié)構(gòu)圖像和至少一個生物力學(xué)特性確定所述整個眼睛的三維有限元模型。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述建模組件被配置為提供表示療愈程序之后的所述整個眼睛的三維有限元模型，所述系統(tǒng)還包括用戶接口，其被配置為接受來自臨床醫(yī)生的輸入，所述輸入至少限定所述療愈程序的類型和位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述特征提取器被配置為從表示療愈程序之后的所述整個眼睛的三維有限元模型中提取所述多個特征中的至少一個特征，擴張評估組件被配置為計算表示在具有相關(guān)類型和位置的療愈程序的情況下患者擴張的預(yù)期風險的參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，所述擴張評估組件被配置為對至少一個特征執(zhí)行敏感性分析，使得能夠確定所述至少一個特征的值對所述至少一個參數(shù)的影響的大小。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中提取的至少一個特征表示眼睛的幾何特性或生物力學(xué)特性之一。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述建模組件被配置為提供在眼睛施加有負載的情況下表示所述整個眼睛的三維有限元模型，所述系統(tǒng)還包括用戶接口，其被配置為接受來自臨床醫(yī)生的輸入，所述輸入至少限定負載的大小和位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，所述建模組件被配置為根據(jù)所述眼睛的三維結(jié)構(gòu)圖像和至少一個生物力學(xué)特性確定所述整個眼睛的有限元模型。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述目標函數(shù)是眼睛的應(yīng)變值和眼睛的應(yīng)力值中的至少一個的函數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述目標函數(shù)是屈光結(jié)果的至少一個度量的函數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述建模組件將所述整個眼睛的表示確定為虛擬模型，所述虛擬模型包括通過根據(jù)所述眼睛的三維結(jié)構(gòu)圖像和至少一個生物力學(xué)特性評估統(tǒng)計模型而提取的一組參數(shù)。
28.一種用于在虛擬現(xiàn)實中對個體眼睛進行重建、操縱和干預(yù)的系統(tǒng)，包括：3D建模組件，其包括
...【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
1.一種用于在虛擬現(xiàn)實中對個體眼睛進行重建、操縱和干預(yù)的系統(tǒng)，包括：3d建模組件，包括
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所有模擬都能夠按順序、單獨和/或與其他參數(shù)操縱并行執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)導(dǎo)致的結(jié)果包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括所述個體的眼睛的bruch脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、第一睫狀肌纖維部分、第二睫狀肌纖維部分和第三睫狀肌纖維部分的一個或多個參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中通過激光在所述個體的眼睛的bruch脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、第一睫狀肌纖維部分和/或第二睫狀肌纖維部分和/或第三睫狀肌纖維部分之上的所述眼睛的鞏膜組織中產(chǎn)生一個或多個微孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，治療的一個或多個參數(shù)包括包含一個或多個孔的矩陣的數(shù)量、矩陣的位置、每個矩陣的整體形狀、每個矩陣的整體尺寸、每個矩陣中的孔數(shù)量、每個矩陣中的孔分布、和/或每個矩陣中的孔深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中通過應(yīng)用機器學(xué)習模型確定所述個體的一個或多個治療參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述機器學(xué)習模型包括回歸模型和算法。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述機器學(xué)習模型包括年齡進展模型和算法。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述機器學(xué)習模型是基于治療參數(shù)和治療結(jié)果的各種組合進行訓(xùn)練的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述機器學(xué)習模型基于與所述治療參數(shù)和治療結(jié)果的各種組合相關(guān)的個體人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行進一步訓(xùn)練。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述操作還包括：
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述操作還包括：
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述操作還包括被配置為用于評估組織的生物力學(xué)特性的系統(tǒng)和方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中評估工具箱組件被配置為從提取的多個特征計算與個體眼睛中給定治療干預(yù)的各種可能結(jié)果相關(guān)的至少一個參數(shù)；系統(tǒng)輸出被配置為將計算出的至少一個參數(shù)提供給治療系統(tǒng)和用戶之一；一個或多個光學(xué)、生物特征、生物力學(xué)、物理和幾何參數(shù)被結(jié)合到計算預(yù)測中。
16.根據(jù)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A·希普斯利，L·薩巴蒂爾，
申請(專利權(quán))人：愛視視覺集團公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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