用于选择性施加刺激光的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于选择性地将刺激光施加到用户眼睛的视神经乳头的方法和装置。

背景技术：

1、24小时明-暗(ld)周期是地球环境的基本特点。动物和人类的行为和生理机能受到ld周期的影响，并且已经适应了ld周期。人类的大多数生化、生理和行为变量都根据ld周期振荡。这些振荡被称为“昼夜节律”并且是由身体的昼夜计时系统引起的。这种昼夜计时系统使身体能够预测黎明和黄昏的开始，并据此调整身体的生理和行为系统。现在已经确定，这些每日的昼夜节律是由生物钟在时间上组织的，该生物钟维持身体与外部环境之间的时间同步，以及随着时间的推移各种生理过程的内部协调。

2、身体的眼睛提供了用于输入这种明-暗时间提示信号的感官系统，以使ld周期与身体的昼夜节律同步。由眼睛的视网膜接收的光由身体的大脑进一步处理，以同步昼夜节律。在哺乳动物中，被称为视网膜下丘脑束(rht)的神经束将关于明-暗环境的信息直接从视网膜经由视盘并通过视神经携带到视交叉上核(scn)。scn是下丘脑中的细胞簇，其经由rht从视网膜神经节细胞(rgc)接收指示从亮到暗的过渡的转导明-暗时间提示信号。scn簇经由内分泌和神经通路将明-暗时间提示信号分配到身体的各个系统，以确保各个系统昼夜保持同步。当这些通路被破坏时，身体的静息活动周期无法与ld周期同步。

3、已知异相光提示可能会干扰正常的昼夜节律。例如，在生物日的晚时、傍晚时分暴露于光线将延迟夜间活动动物的活动开始，并延迟昼行(diurnal)动物的非活动状态的开始。在生物日的早期(黎明)曝光将促进昼行物种活动的开始，并提前夜间物种睡眠的开始。当到达眼睛的光是异相的，会影响身体的许多生理功能。而且非期望的人造光破坏了自然ld周期。光疗法(light therapy)已被证明可有效地重新调整ld周期。光疗法(也称为光疗(phototherapy))包括在规定的时间段内，在一些情况下，在一天中的特定时间，暴露于具有特定光谱和/或具有特定光辐射的光、日光或人造光。

4、最初，科学家们默契地认为，光对昼夜节律的影响以及其它非图像形成或非视觉效应是由调节视力的经典感光体介导的。当在不含当时已知的“经典”感光体的小鼠中证实非图像形成反应时，这种观点被打破。发现光仍然引起生理移相反应并且褪黑激素被抑制。

5、褪黑激素是松果体的主要激素，并且已知其介导许多生物学功能，尤其是那些受亮和暗的持续时间控制的生理功能的定时。先前已证明，光诱导的褪黑激素抑制在某些视觉上盲的人群中仍然存在。这些数据，以及在人类中非图像形成反应的光谱敏感性也不同于视觉反应的证明，与随后被识别为视黑素的新颖感光系统的存在相一致。

6、感光色素黑视蛋白存在于人类和其它动物的内视网膜中，并且特别是在神经节细胞亚类中表达，称为固有光敏性视网膜神经节细胞(iprgc)。除了视杆细胞和视锥细胞之外，含有黑视蛋白的iprgc是第三种类型的能够进行光转导的视网膜细胞。iprgc直接经由黑视蛋白以及间接通过来自视杆细胞和视锥细胞的信号对传入的光做出响应。已知黑视蛋白主要对短波长敏感，尤其是蓝光。但是，黑视蛋白对可见光谱中其它波长的光也敏感。黑视蛋白对光的非成像或非视觉光响应导致许多生理或身体功能的昼夜节律夹带。这些功能包括睡眠/清醒状态(褪黑激素合成)、调节视网膜照明的瞳孔光反射、认知表现、情绪、运动活动、记忆、体温等。经由scn的iprgcs间接输入调节松果体中褪黑激素产生的光敏抑制。在缺乏对黑视蛋白进行编码的opn4基因的小鼠中，相移、瞳孔收缩和对光响应的活动的急性抑制都会被衰减。消除视杆细胞和视锥细胞以及opn4基因消除了所有已知的图像形成和非图像形成效应，这证明经典和新颖的感光系统都有助于这些响应。

7、人眼可以看到大约380nm至大约780nm范围内的波长。在此可见光谱内，某些波长可能对眼睛造成急性或累积性光损伤，而其它波长对于同步人类的生物节律起作用。历史上，已经经由环境光和/或专用任务光通过眼睛应用了光治疗。通过常规的照明系统提供疗法不分离或区分所提供的光的视觉效果(例如，光的图像形成功能)和所提供的光的非视觉效果(例如，控制昼夜节律的非图像形成功能)，因为光被图像形成和非图像形成受体感知。

8、现有技术

9、已知几个专利文献讨论了光治疗的用途以及用于这种治疗的装置。例如，国际专利申请no.wo 2016/162554 a1公开了一种头戴式显示设备，该头戴式显示设备通过波导向眼睛发射光，用于治疗与光相关的疾病。该显示设备具有控制器模块，该控制器模块根据用于iprgc的最佳有效波长来调节发射到眼睛的光的波长。但是，wo'554申请中的设备没有避免激活图像形成受体，因为该方法未能在眼睛中区分非图像形成受体与图像形成感光体。但是，wo'554申请中的装置并不能避免图像形成受体的激活，因为该方法无法区分眼睛中的非图像形成受体和图像形成光受体。

10、国际专利申请wo 2010/076706 a1教导了一种向受试者提供光疗法的更具体的方法，但是该公开的方法限于ld周期中的特定时间范围，即，在睡眠期间或即将入睡之前的时间等。所公开的实施例采取睡眠面罩的形式。

11、国际专利申请no.wo2014/172641(iridex公司)教导了在视网膜手术期间向多个目标位置处的眼组织输送一系列短持续时间的光脉冲，并且具有热弛豫时间延迟以限制目标眼组织的温度升高。在该专利申请中没有教导系统瞄准视盘的任何使用。

12、美国专利5 923 398a公开了一种更实用的方法，通过交互式光场引入外围光疗法以进行非视觉或非图像形成刺激。该方法利用了这样一个事实，即，外围视网膜较少参与有意识的(即，图像形成)视觉。外围光疗法对有意识的或图像形成视觉的影响较小。但是，该专利文件中教导的设备并没有完全排除眼睛中的图像形成受体的刺激，因为视杆细胞和视锥细胞仍然受到离轴或外围光子刺激中的交互式光场的撞击。

13、从us2007/0182928(sabel，受让给novavision公司)已知一种用于治疗人类的视觉系统的设备和方法。该方法包括定位和定义用户视野中视力恶化的盲区(即，图像形成感知恶化的区)的步骤。该方法还包括定义主要位于盲区内的治疗区域，并且随后通过向人类的视觉系统呈现视觉刺激来治疗人类视觉系统。视觉刺激呈现在例如计算机屏幕上。将注意的是，本专利申请中使用的术语“盲区”并不等同于术语“盲点”或“视盘”，“盲点”或“视盘”是神经节细胞轴突离开眼睛并形成视神经的点。us2007/0182928中公开的方法不包括选择性地将光施加到用户的“盲点”或“视盘”。

14、国际专利申请wo 2016/145064 a1公开了用于相对于使用眼镜的个体的昼夜功能来控制照明的系统和方法。没有公开用于消除光疗法对正常日常意识或图像形成视觉的干扰的方法。

15、国际专利申请wo 2018/224671说明了一种用于将光施加到视盘上以刺激视盘的方法和装置。该专利申请没有公开用于治疗的光的剂量。

16、美国专利10,444,505(受让给essilor)针对一种头戴式显示设备，包括：光发射源；光波导，适于收集从光发射源发射的光，并在头戴式显示设备被穿戴者穿戴时将收集到的光引导至穿戴者的眼睛；以及控制器，适于控制由光发射源发射的发射光谱和/或辐射率和/或光水平。

17、欧洲专利申请ep 3 281 056 a1(受让给essilor)针对一种头戴式显示设备，包括：光发射源；光波导，适于收集从光发射源发射的光，并在头戴式显示设备被穿戴者穿戴时将收集到的光引导至穿戴者的眼睛；控制器，适于控制由光发射源发射的发射光谱和/或辐射率和/或光水平；其中确定由光发射源发射并来自光波导的光的入射角，使得眼睛的照明是外围的；并且其中控制器被配置为通过控制光发射源以提供具有特定空间和时间模式的460nm至500nm之间的发射来提供时间生物学调节或同步和/或情感障碍调节和/或近视预防和/或减少和/或癫痫姑息治疗。

18、美国专利9,283,401(受让给myolite)针对一种眼镜承载的电磁辐射屈光疗法系统，该系统包括电磁辐射源，该电磁辐射源将其电磁辐射引导至穿戴者眼睛的期望的晶状体或视网膜区域；其中电磁辐射源被配置为改变以下各项中的至少一项：(i)辐射的振幅，(ii)辐射的波长或光谱特性，(iii)辐射的方向，以及(iv)暴露于辐射的眼睛的眼部成分的面积。

19、已知施加到视盘的光量会影响治疗，并且增加视网膜对蓝光的暴露会具有相关联的不良副作用。因此，需要设计一种系统和方法来提供正确的光剂量，包括有效的给药方案，以刺激黑视蛋白，同时避免视网膜不必要的光暴露。

20、临床背景

21、近视的典型特征是眼睛过度生长，增加成年后出现严重、威胁视力的并发症的风险，并发症包括白内障、青光眼、视网膜脱离和近视黄斑病。人们普遍认为，调节眼睛生长和近视进展的机制位于眼睛30内(mcfadden&wildsoet，2020)。目前，没有针对近视进展的标准治疗方法，但是有一系列可用的近视控制方法，包括主动眼镜、隐形眼镜和药物治疗(wildsoet等人，2019)。

22、虽然阿托品局部药物和各种隐形眼镜类型(包括角膜塑形术)已被证明对于预防近视进展是有效的(huang等人，2016)，但这两种治疗方法都伴随着一些应当考虑的风险。即使以低剂量施加，阿托品的使用也是超说明书的，并且具有相当大的副作用，诸如光敏性、近视力差以及暂时的刺痛或灼烧感。角膜塑形镜和其它隐形眼镜的副作用包括轻度视力模糊、轻度角膜糜烂、角膜染色、镜片粘连、泪膜减少和感染性角膜炎。感染性角膜炎可以导致角膜疤痕，10％的病例要求手术治疗。

23、研究还调查了户外时间对预防近视的影响。对学童进行的随机对照试验表明，参加户外项目的儿童近视发病率显著降低(wildsoet等人，2019)。根据最近的一项荟萃分析，每周多进行一小时的户外活动可将近视风险降低2％。虽然户外活动时间对预防近视产生了显著效果，但对近视进展的影响微弱(huang等人，2016)。目前尚不清楚自然光的高照度或光谱成分(倾向于朝着可见光谱的蓝色端移动)对近视预防或发展的影响。

24、另一方面，如果在错误的时间向用户提供光(例如，与昼夜节律不同步)，那么光疗法可能不利于近视治疗。当儿童需要光治疗来帮助预防近视时，会出现问题。不能依赖儿童在正确的时间采取治疗措施。国际专利wo 2018/224671的方法和装置允许通过眼睛进行不可见或非图像形成光疗法，并推荐针对近视的最优保护效果的例程。

技术实现思路

1、公开了一种用于选择性地将刺激光施加到用户的左眼和右眼之一的视神经乳头的设备。该设备包括至少一个光发射源，该光发射源被配置为基于所确定的视神经乳头相对于用户凝视的位置来定位所发射的刺激光以撞击到视神经乳头上；至少一个屏幕，被配置为通过使用户参与该至少一个屏幕上显示的内容来固定用户的凝视；处理器，用于选择刺激光。

2、发射的刺激光可以被配置为刺激黑视蛋白。

3、发射的刺激光可以是蓝光。

4、发射的刺激光可以以6hz和20hz之间的频率范围内的频率闪烁。

5、刺激光可以具有大于20黑视素勒克斯的照度，优选地近似为60黑视素勒克斯。

6、至少一个光发射源还可以被配置为将发射的刺激光定位成撞击在用户的左眼和右眼之一上。

7、至少一个光源还可以被配置为将所发射的刺激光的维度设计为撞击在尺寸与视神经乳头的80％对应的视神经乳头的一部分上。

8、至少一个屏幕可以垂直于用户的凝视布置。

9、至少一个屏幕可以布置在距左眼和右眼恒定距离处。

10、至少一个屏幕可以被配置为在至少一个屏幕的至少一个目标区域内显示内容，该至少一个目标区域与当凝视固定在至少一个目标区域上时左眼和右眼的中心凹区域中具有1.0至5.0度直径的区域对应。

11、至少一个目标区域可以布置在至少一个屏幕的中心处。

12、至少一个目标区域可以被配置为固定用户的左眼和右眼之一。

13、至少一个屏幕可以是光发射源。

14、设备可以是或包括智能电话。

15、设备还可以包括虚拟现实头戴式耳机，其中智能电话可以插入到虚拟现实头戴式耳机中。

16、设备可以是虚拟现实头戴式耳机。

17、虚拟现实头戴式耳机可以包括至少一个透镜，用于与用户的眼睛形成两透镜系统。

18、虚拟现实头戴式耳机可以包括在至少一个屏幕和左眼之间延伸的一条光路并且可以包括在至少一个屏幕和右眼之间延伸的另一条光路。

19、用户的左眼和右眼可以处于主要位置。

20、设备还可以包括游戏控制器，用于使用户参与至少一个屏幕上显示的内容。

21、游戏控制器还可以被配置为在校准期间调整刺激光在屏幕内的位置。

22、设备还可以包括存储器设备，该存储器设备被配置为存储与视神经乳头的位置相关的数据，该数据是从用户控制的校准、输入到设备中的眼底图像数据和群体数据之一获得的。

23、公开了一种选择性地将刺激光施加在用户的视神经乳头上的方法。该方法包括将至少一个光发射源定位在一个位置处；通过使用户参与在至少一个屏幕上示出的内容来固定用户的凝视；借助于至少一个光发射源相对于用户的凝视发射刺激光，使得刺激光撞击在视神经乳头上。

24、该方法还可以包括相对于用户的凝视定位用户的视神经乳头。

25、至少一个视神经乳头的定位可以包括以下之一：接收来自用户控制的校准的结果、接收眼底图像数据的输入，以及处理群体数据。

26、该方法还可以包括在至少一个屏幕的目标区域内在至少一个屏幕上示出内容，该目标区域与当凝视(33)固定在至少一个目标区域上时一只或多只眼睛的中心凹区域中具有1.0至5.0度直径的区域对应。

27、内容可以向用户的一只或多只眼睛中的单只眼睛示出。

28、该方法还可以包括借助于至少一个屏幕生成刺激光。

29、发射的刺激光可以被配置为刺激黑视蛋白。

30、刺激光可以是蓝光。

31、刺激光具有大于20黑视素勒克斯，优选地近似60黑视素勒克斯。

32、刺激光可以在6至20hz的频率范围内闪烁。

33、可以发射刺激光，使得刺激光撞击在用户的左眼和右眼之一上。

34、该方法还可以包括确定发射的刺激光的维度以撞击在至少一个视神经乳头的一部分上，优选地在尺寸上与至少一个视神经乳头的尺寸的大约80％对应。

35、该方法可以执行至少1分钟且最多30分钟、优选地12至15分钟的疗程持续时间。

36、该方法可以在疗程持续时间内执行每天最多五次，优选地每天最多执行两次或三次。

37、刺激光的发射可以执行至少1分钟且最多20分钟的刺激持续时间，优选地8和10分钟之间。

38、刺激光的发射可以被一个或多个刺激间间隔中断。

39、中断可以在刺激光发射30至120秒之后发生。

40、一个或多个刺激间间隔可以持续至少15秒。

41、至少一个屏幕上示出的内容可以是视频游戏。

42、该方法还可以包括阻挡除刺激光和表示内容的光以外的光到达左眼和右眼。

43、该方法还可以包括确定用户的表现分数以评估该方法的功效。

44、本公开还涉及本公开的设备用于治疗近视的用途。

45、本公开还涉及本公开的方法用于治疗近视的用途。