專利名稱：設(shè)計(jì)人工晶狀體植入物以便校正手術(shù)引起的散光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于設(shè)計(jì)眼科晶狀體的方法，更具體地，涉及用
于根據(jù)患者的個(gè)體視力需求來定制人工晶狀體(IOL)的方法。
背景技術(shù)：
人工晶狀體通常在白內(nèi)障手術(shù)期間植入到患者眼睛中，以取代自然晶狀體。在手術(shù)期間，在患者角膜中產(chǎn)生小的切口，工具能夠通過該切口插入到眼睛中以移除自然晶狀體，并引入IOL。切口通常足夠
小，使得其隨后可以在不需要縫合的情況下愈合。但是，切口盡管愈合了，仍能引起包括散光的術(shù)后角膜像差，或者改變先前存在的包括散光的角膜像差。這種手術(shù)引起的散光能夠根據(jù)患者而不同?？捎捎诮悄さ那试谘劬σ曒S周圍的不同方向不相等而發(fā)生角膜散光像差。這種散光可導(dǎo)致沿著兩個(gè)主子午線的不同放大，導(dǎo)致視力模糊。
盡管已知具有復(fù)曲面的IOL能夠提供散光校正，但在選擇IOL以便植入到患者的眼睛中的過程中通常不考慮手術(shù)引起的像差。因此，根據(jù)術(shù)前對(duì)患者的視力測量可能最適合患者的IOL可能由于手術(shù)引起的像差而不能如預(yù)期地執(zhí)行。
因此，存在用于設(shè)計(jì)眼睛植入物，尤其是如IOL的眼科晶狀體的改進(jìn)方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種設(shè)計(jì)眼睛植入物(例如，IOL)的方法，所迷方法包括例如通過在眼睛手術(shù)之前執(zhí)行眼睛的一個(gè)或多個(gè)波前像差測量，來建立患者眼睛的角膜地形圖。所述方法進(jìn)一步包括確定包括預(yù)期會(huì)由手術(shù)引起的角膜散光像差的一個(gè)或多個(gè)像差，并判定計(jì)劃植入到患者眼睛中的眼睛植入物的表面的復(fù)曲面度(toricity)，以使得植入物能夠補(bǔ)償手術(shù)引起的像差。
在相關(guān)方面，可以通過根據(jù)切口類型來模型化像差并采用例如矢量分析技術(shù)，來確定由手術(shù)引起的散光像差。
另一方面，眼睛手術(shù)包括白內(nèi)障手術(shù)，在白內(nèi)障手術(shù)期間在角膜中產(chǎn)生切口 ，工具可以通過該切口插入以移除自然晶狀體并引入人工晶狀體。切口能夠引起一個(gè)或多個(gè)包括散光的角膜像差和/或改變一個(gè)或多個(gè)先前存在的包括散光的像差。
在上述方法的另一方面中，確定需要的復(fù)曲面度之后，能夠制作包括至少一個(gè)呈現(xiàn)該復(fù)曲面度的光學(xué)表面的眼睛植入物。例如，在一些情況下，能夠提供具有至少一個(gè)光學(xué)表面的光學(xué)毛坯，并且該表面能夠被成形以便呈現(xiàn)需要的復(fù)曲面度。在很多情況下，光學(xué)毛坯包括兩個(gè)相對(duì)光學(xué)表面，所述相對(duì)光學(xué)表面被成形，使得結(jié)果鏡片將提供需要的屈光力以及對(duì)患者眼睛的散光像差補(bǔ)償。光學(xué)毛坯能夠以各種不同的材料形成，例如軟丙烯酸(酯)類聚合物、水凝膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚苯乙烯、纖維素、醋酸丁酸或其他具有需要的折射率的生物適合的聚合材料。
在相關(guān)方面，具有需要的復(fù)曲面度的表面的鏡片能夠通過例如利用紫外線輻射照射表面來融化毛坯的光學(xué)表面來制作。例如，來自準(zhǔn)分子激光器的輻射(例如，在大約193nm到大約532nm的范圍內(nèi)操作)能夠例如通過適當(dāng)掩膜被指向表面，以便以將產(chǎn)生需要的復(fù)曲面形狀的方式有差別地融化表面。
另一方面，快速刀具伺服(FTS， Fast Tool Servo )加工技術(shù)能夠被用于將光學(xué)毛坯的至少一個(gè)表面成形為需要的復(fù)曲面輪廓。在一些情況下，F(xiàn)TS技術(shù)能夠被用于制作隨后可被用于形成復(fù)曲面IOL的光學(xué)探針(optical pin )。
另一方面，公開了一種設(shè)計(jì)人工晶狀體的方法，所述方法包括在眼睛手術(shù)之前判定患者眼睛的角膜地形圖。然后，可以通過采用角膜地形圖來判定包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)期會(huì)由手術(shù)引起的像差的角膜像差一旦植入患者眼睛適于為像差(例如，散光像差)提供補(bǔ)償?shù)难劬χ踩胛锏谋砻娴膹?fù)曲面度。
在相關(guān)方面，確定角膜地形圖包括執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)波前測量。此外，確定一個(gè)或多個(gè)像差(例如，散光像差)的步驟包括模型化預(yù)期將由手術(shù)引起的一個(gè)或多個(gè)像差，并且將那些像差與先前存在的角膜像差(如果存在)進(jìn)行組合。
通過結(jié)合在下文中簡要討論的關(guān)聯(lián)的附圖，參考下文中的詳細(xì)說明，將能更進(jìn)一步地理解本發(fā)明。


圖1是描述在用于設(shè)計(jì)眼睛植入物的本發(fā)明示例性方法中的各
個(gè)步驟的流程圖2是光學(xué)毛坯的示意性透視圖3是通過成形圖2的光學(xué)毛坯的前表面和后表面而形成的復(fù)曲面IOL的示意性剖^見圖；以及
圖4示意性地示出在基片中切割選定輪廓的FTS系統(tǒng)的金剛石刀片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明總體涉及一種用于設(shè)計(jì)手術(shù)植入到患者眼睛中的眼睛植入物，例如人工晶狀體(IOL)的方法，考慮到在手術(shù)期間例如由于角膜的切口所引起的眼睛像差。盡管下文討論的實(shí)施例總體涉及用于植入到患者眼睛中的IOL的方法，但是，本發(fā)明的教導(dǎo)同樣能夠應(yīng)用于其他眼睛植入物，例如角膜間(intercorneal)植入物。此外，術(shù)語人工晶狀體及其簡寫"IOL，，在本文中可交替使用以描述可被植入到眼睛內(nèi)部來取代眼睛的自然晶狀體或以其他方式增強(qiáng)視力的晶狀體，不論自然晶狀體是否被移除。
在白內(nèi)障手術(shù)期間，例如利用金剛石刀片在角膜中產(chǎn)生小的切口。然后，工具能夠通過角膜切口被插入以切割晶狀體前嚢的一部分，對(duì)乳白色自然晶狀體的進(jìn)入。然后，能夠采用超生波或者激光探針來打碎晶狀體，并且抽出結(jié)果晶狀體碎片。
可折疊10L然后能夠例如通過釆用注射器被插入到嚢袋中。一旦在眼睛中，IOL能夠展開以取代自然晶狀體。角膜切口通常足夠小，使得它能在不需要縫合的情況下愈合。但是，在很多情況下，切口-盡管已經(jīng)愈合-還能夠引起包括散光的角膜像差或者改變先前存在的包括散光的角膜像差。在下文的實(shí)施例中，公開了設(shè)計(jì)IOL的方法，所述方法允許IOL例如在逐個(gè)患者的基礎(chǔ)上補(bǔ)償這種手術(shù)引起的角膜散光。在一些實(shí)施例中，所述設(shè)計(jì)方法允許根據(jù)預(yù)測的該患者的手術(shù)引起的包括散光的像差，為患者定制IOL。
參考圖l的流程圖，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在開始步驟l中，例如通過在眼睛手術(shù)之前利用角膜錄影機(jī)(例如，加拿大San Landro的Humphrey Instruments銷售的一種產(chǎn)品)來執(zhí)行眼睛的一個(gè)或多個(gè)角膜高度圖測量，來建立患者眼睛的角膜地形圖。例如，2003在Journal of Optical Society of America A第22巻第1841 — 1851頁出版的，作者是Barbero和Marcos的標(biāo)題為"Optical Aberration ofIntraocular Lenses Measured in Vivo And In Vitro"的文章教導(dǎo)了用于執(zhí)行這種波前像差測量的方法，該文章全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在本申請(qǐng)中。例如通過角膜錄影機(jī)能夠獲得角膜高度圖。高度圖的高度數(shù)據(jù)及其偏導(dǎo)數(shù)能夠被輸入到光學(xué)設(shè)計(jì)軟件(例如，Ariz的FocusSoftware of Tuscon銷售的Zemax軟件)中，以通過執(zhí)行光線追蹤來獲得角膜波像差。
再次參考圖l的流程圖，在接下來的步驟2中，能夠確定手術(shù)切口引起的角膜散光像差。例如，可以通過采用矢量分析方法來模型化這種散光像差。這種矢量分析方法將散光像差模型化為矢量，該矢量的長度表示像差量并且該矢量的角度(例如，相對(duì)于其中矢量被表示的坐標(biāo)系的基準(zhǔn)軸)表示像差的圓柱軸角的兩倍。因此，手術(shù)切口之前的角膜散光像差可被表示為矢量，而手術(shù)切口所引起的散光像差可被表示為另一個(gè)矢量。例如，通過采用矢量求和法則將這兩個(gè)矢量加在一起能夠產(chǎn)生結(jié)果矢量，該結(jié)果矢量提供包括結(jié)果散光像差量和其圓柱軸角的結(jié)果散光像差。有關(guān)矢量分析方法的進(jìn)一步細(xì)節(jié)能夠例如
在以下出版物中找到，2001的Journal of Cataract Refractive Surgery第27巻第80- 85頁中出版的，作者是Thibos和Horner的標(biāo)題為
"Power Vector Analysis of the Optical Outcome of RefractiveSurgery"的文章，以及2001年的Journal of Cataract RefractiveSurgery第27巻第29-49頁中出版的，作者是Alpins的標(biāo)題為"Astigmatic Analysis by the Alpins Method"的文章，上述文章的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在本申請(qǐng)中。
通常，白內(nèi)障手術(shù)切口能夠引起大約1/2D到大約ID范圍內(nèi)的散光。在一些情況下，這種手術(shù)引起的散光能夠改變先前存在的散光，例如惡化或者使先前存在的散光好轉(zhuǎn)。模型化角膜切口在引入或者改變眼睛的散光像差中的效果可以考慮切口的類型。例如，能夠模型化顳上角膜切口、結(jié)膜下或者其他角膜切口 (例如，3-mm的切口 )的效果。在多個(gè)實(shí)施例中，在模型化SIA時(shí)也可以考慮能夠影響手術(shù)引起的散光(SIA)的其他因素，例如縫合方法、縫合的存在、切口類型、手術(shù)類型以及切口寬度。例如，這些因素在下面的出版物中被討論，在2003年的JCRS of Materials Science Letters27第1841 - 1851頁中出版的，作者是Matsusmoto等人的標(biāo)題為"Optimal IncisionSites to Obtain Astigmatic-Free Cornea After Cataract Surgery With3.2mm Sutureless Incision"的文章，該文章的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合
在本申請(qǐng)中。
隨后，能夠確定眼睛植入物(例如，IOL)的至少一個(gè)光學(xué)表面的復(fù)曲面度，以便使該植入物能夠提供對(duì)角膜像差的補(bǔ)償，包括模型化的手術(shù)引起的影響。例如，能夠建立具有呈現(xiàn)患者的角膜散光像差的角膜的模型眼睛，所述角膜散光像差包括模型化的手術(shù)引起的影響。然后，可以通過在才莫型眼睛中并入4艮定的眼睛植入物(例如，IOL)并改變至少一個(gè)植入物表面的復(fù)曲面度以便優(yōu)化模型眼睛的光學(xué)性能，來確定用于補(bǔ)償散光像差的期望復(fù)曲面度。在多個(gè)實(shí)施例中，在為特定患者建立模型眼睛的過程中，不僅應(yīng)當(dāng)考慮散光像差，而且應(yīng) 當(dāng)考慮該患者的其他視力缺陷(例如，近視、遠(yuǎn)視)。
在一些實(shí)施例中，可以通過計(jì)算模型眼睛的視網(wǎng)膜面處的調(diào)制傳
遞函數(shù)(MTF)來評(píng)估植入物的光學(xué)性能。如本領(lǐng)域中公知的，MTF 提供了例如并入植入物的模型眼睛的光學(xué)系統(tǒng)所呈現(xiàn)的圖像對(duì)比度 的量化測量。更具體地說，成像系統(tǒng)的MTF可被定義為與由光學(xué)系 統(tǒng)形成的物體圖像相關(guān)聯(lián)的對(duì)比度相對(duì)于與物體相關(guān)聯(lián)的對(duì)比度的 比率。人類視覺系統(tǒng)利用神經(jīng)采樣(neural sampling )可分解的大多 數(shù)空間頻率(most spatial frequency )。因而，在一些實(shí)施例中，能 夠?qū)牡?例如，對(duì)應(yīng)于大約20/200視覺靈敏度的IO鐠線對(duì)(lp) /mm)到高(例如，對(duì)應(yīng)于大約20/20視覺靈敏度的lOOlp/mm )范圍 內(nèi)的MTF值取平均，以獲得植入的IOL的光學(xué)性能的測量。在一些 實(shí)施例中，能夠改變表面的復(fù)曲面度直到獲得最大的光學(xué)性能。
在一些實(shí)施例中，能夠數(shù)學(xué)定義表面的確定復(fù)曲面度，例如定義 為能夠下文中以XYZ坐標(biāo)系表示的復(fù)曲面(正的Z軸被假定為視軸)
j±2" —OV[義24)2]=《-o2,〉式(1)
其中，rv是圓的半徑，并且rh是復(fù)曲面的外頂點(diǎn)的半徑。 一旦建立了期望的復(fù)曲面度，能夠通過利用各種技術(shù)制作具有呈 現(xiàn)該復(fù)曲面度的光學(xué)表面的IOL。例如，參考圖2,能夠提供以適當(dāng) 的材料(例如軟丙烯酸(酯)類聚合物、水凝膠、聚曱基丙烯酸甲酯、 聚砜、聚苯乙烯、纖維素、醋酸丁酸或其他具有需要的折射率的生物 適合的聚合材料)形成并具有前光學(xué)表面12和相對(duì)的后光學(xué)表面14 的光學(xué)毛坯10。能夠以例如下文討論的方式成形前光學(xué)表面和后光學(xué) 表面，以便于產(chǎn)生呈現(xiàn)需要的屈光力(例如，從大約-15D到大約50D 范圍內(nèi)，優(yōu)選地，在大約6D到大約34D范圍內(nèi)的屈光力)的鏡片。 此外，前鏡片(或者后鏡片)能夠成形以便對(duì)計(jì)劃對(duì)其使用IOL的患 者的角膜的散光像差進(jìn)行補(bǔ)償。
圖3示意性描述了通過成形光學(xué)毛坯10的前表面和后表面而獲 得的IOL16的剖^L圖。更具體地說，在該實(shí)施例中，成形前表面12以總體包括具有選定復(fù)曲面度的凸起輪廓，所述選定復(fù)曲面度適于對(duì)
計(jì)劃對(duì)其使用IOL的患者眼睛的散光像差進(jìn)行補(bǔ)償，所述散光像差包 括預(yù)期的手術(shù)引起的散光。依次，成形后表面以包括基本平坦輪廓。 例如，前表面能夠呈現(xiàn)由上述公式(1)定義的表面輪廓。
在一些其他實(shí)施例中，能夠通過利用融化激光束來成形光學(xué)毛坯 IO的表面。例如，準(zhǔn)分子激光器，如在193nm的波長上操作的氬-氟化物激光器可以產(chǎn)生激光束。例如，在一些情況下，在其不同部分 具有不同透明度的掩膜可被置于激光束和毛坯的光學(xué)表面之間，以便 提供不同表面部分的差異融化，以便給予該表面需要的形狀。例如， 能夠成形毛坯的至少一個(gè)光學(xué)表面，以便具有需要的復(fù)曲面度。有關(guān) 使用這種融化方法用于制作IOL的進(jìn)一步細(xì)節(jié)能夠在美國專利 No.4，842，782中找到，該專利通過引用全部結(jié)合到本文中。
在一些實(shí)施例中，加工方法(本文中稱為快速刀具伺服(FTS)) 被采用用于將復(fù)曲面輪廓給予光學(xué)毛坯的至少一個(gè)表面。如圖4中示 意性示出的，F(xiàn)TS加工方法使用能夠被使得沿著三個(gè)軸(例如，"X" 和"Y，，軸以及與X-Y平面正交的"W"軸)移動(dòng)的金剛石刀片18。具體 地說，在切割程序控制下，金剛石刀片能夠被使得沿著W方向以受 控方式移動(dòng)-并且通常是快速的-同時(shí)，在與W方向垂直的平面中 進(jìn)行兩軸(X和Y軸)移動(dòng)。刀片的結(jié)合運(yùn)動(dòng)能夠?qū)е聦⒒谋砻?切割成需要的輪廓。
在一些實(shí)施例中，能夠采用FTS加工方法來成形光學(xué)毛坯(例 如上述毛坯10)的前和/或后表面。例如，以7>知為丙烯酸酯的軟丙 烯酸材料(2 -苯乙基丙烯酸脂和2 -苯基丙烯酸脂的交聯(lián)共聚物)形 成的光學(xué)毛坯可被安裝在FTS系統(tǒng)中，使得其表面面向系統(tǒng)的金剛石 刀片。能夠?qū)Φ镀囊苿?dòng)進(jìn)行編程，以便將毛坯表面切割為需要的輪 廓，例如復(fù)曲面輪廓。在可替代實(shí)施例中，能夠采用FTS方法以形成 光學(xué)探針，接著該光學(xué)探針被用于從需要的材料形成IOL。 一旦定義 復(fù)曲面輪廓的圓柱軸，其能夠通過光學(xué)探針或透鏡上的軸標(biāo)志進(jìn)行標(biāo) 記。然后，當(dāng)形成眼白鏡片時(shí)(haptic)，其能夠被形成以與圓柱軸標(biāo)志對(duì)齊。
設(shè)計(jì)IOL的上述方法有利地允許為各個(gè)患者定制IOL。例如， 在對(duì)患者進(jìn)行白內(nèi)障手術(shù)之前，能夠通過利用例如波前像差測量來確 定患者的角膜地形圖。例如，眼科醫(yī)生(或者其他具備資格的人員) 能夠進(jìn)行這些測量。這些測量結(jié)果然后能夠被發(fā)送到IOL設(shè)計(jì)和制造 機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠利用這些測量結(jié)果以及預(yù)期的手術(shù)引起的散光，來 模型化適于患者的IOL。然后為該患者制作IOL,該IOL用于補(bǔ)償 散光像差，并且還能夠校正該患者的其他視力缺陷。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下能夠?qū)?上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1. 一種設(shè)計(jì)眼睛植入物的方法，所述方法包括通過在眼睛手術(shù)之前執(zhí)行眼睛的一個(gè)或多個(gè)波前像差測量，來建立患者眼睛的角膜地形圖，確定手術(shù)引起的所述角膜的包括散光像差的一個(gè)或多個(gè)像差，以及判定眼睛植入物表面的復(fù)曲面度，以便使得植入物能夠?yàn)樗鲆粋€(gè)或多個(gè)手術(shù)引起的像差提供補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，確定一個(gè)或多個(gè)手術(shù)引起的像 差的步驟包括模型化所述眼睛手術(shù)所引起的一個(gè)或多個(gè)像差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，模型化一個(gè)或多個(gè)手術(shù)引起的 像差的步驟包括釆用矢量分析方法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括利用所述波前像差測量來 判定術(shù)前角膜散光像差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括 提供具有至少一個(gè)光學(xué)表面的光學(xué)毛坯，以及 成形所述光學(xué)表面以便呈現(xiàn)所述復(fù)曲面度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，成形光學(xué)表面的步驟進(jìn)一步包 括利用快速刀具伺服(FTS)加工技術(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括 提供具有至少一個(gè)可融化光學(xué)表面的光學(xué)毛坯，以及 融化所述光學(xué)表面以便產(chǎn)生具有所述復(fù)曲面度特征的復(fù)曲面輪廓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，融化所述光學(xué)表面進(jìn)一步包括 以融化激光能量照射所述表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述激光能量對(duì)應(yīng)于大約193nm 到大約532nm范圍內(nèi)的激光波長。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述光學(xué)植入物包括人工晶狀體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述光學(xué)植入物包括角膜植入物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述光學(xué)植入物以生物適合 材料形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述生物適合材料包括軟丙 烯酸(酯)類聚合物、水凝膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚苯乙烯、 纖維素、醋酸丁酸中的任:何一個(gè)。
14. 一種i殳計(jì)人工晶狀體的方法，所述方法包括 在眼睛手術(shù)之前，判定患者眼睛的角膜表面的術(shù)前地形圖， 通過采用所述角膜地形圖，判定包括將由手術(shù)引起的一個(gè)或多個(gè)像差的一個(gè)或多個(gè)角膜像差，以及計(jì)算一旦植入患者眼睛中適于為所述一個(gè)或多個(gè)像差提供補(bǔ)償 的眼睛植入物表面的復(fù)曲面度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，判定角膜地形圖的步驟包括執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)波前像差測量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，所述判定所述一個(gè)或多個(gè)角膜像差的步驟包括模型化將由手術(shù)引起的像差。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)像差包括散光像差。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中，所述判定角膜散光像差的步 驟包括組合所述模型化的像差與先前存在的角膜散光像差。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，所述眼睛手術(shù)包括白內(nèi)障手術(shù)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，所述眼睛植入物包括IOL。
全文摘要
一方面，本發(fā)明提供了一種設(shè)計(jì)眼睛植入物(例如，IOL)的方法，所述方法包括例如通過在眼睛手術(shù)之前執(zhí)行眼睛的一個(gè)或多個(gè)波前像差測量來建立患者眼睛的角膜地形圖。所述方法進(jìn)一步包括確定預(yù)期會(huì)由手術(shù)引起的角膜散光像差，并判定計(jì)劃植入到患者眼睛中的眼睛植入物表面的復(fù)曲面度，以使得植入物能夠補(bǔ)償手術(shù)引起的像差。
文檔編號(hào)A61F2/16GK101484092SQ200780024986
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者K·K·達(dá)斯, M·卡拉克雷, 張曉嘯, 昕 洪 申請(qǐng)人:愛爾康公司