用于白內(nèi)障和屈光手術(shù)的自由形式的漸進(jìn)多焦點(diǎn)折射型透鏡的制作方法
【專利說明】用于白內(nèi)障和屈光手術(shù)的自由形式的漸進(jìn)多焦點(diǎn)折射型透 鏡
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2012年11月9日提交的美國申請(qǐng)?zhí)?1/724, 842的優(yōu)先權(quán)，將其全 部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 在老花眼開始之后，在人眼內(nèi)的晶狀體可能不再適應(yīng)允許聚焦在遠(yuǎn)和近對(duì)象（例 如，書或計(jì)算機(jī)屏幕）上。這個(gè)問題的最簡單的解決方案包括佩戴用于遠(yuǎn)視力的眼鏡以及 用于近視力的老花鏡。解決這個(gè)問題的復(fù)雜性的下一個(gè)步驟是在眼鏡中使用雙焦距透鏡， 以便患者可以通過用于遠(yuǎn)視力的透鏡向前平看或者通過近視力的不同屈光力的透鏡（但 是在框架上的相同玻璃片的一部分）"向下看"。
[0004] 實(shí)現(xiàn)了更復(fù)雜的兩種其他解決方案。首先，具有所謂的偽調(diào)節(jié)透鏡，該透鏡植入眼 睛內(nèi)并且應(yīng)該模擬結(jié)晶質(zhì)的效應(yīng)。結(jié)果和患者治療效果最好地混合。雖然FDA批準(zhǔn)這些透 鏡（晶體透鏡）中的一個(gè)，但是很多醫(yī)生和患者對(duì)其具有不愉快的經(jīng)歷并且該透鏡不受歡 迎。
[0005] 備受青睞的另一種方法包括多焦點(diǎn)衍射（MFD)透鏡。非常重要的是，強(qiáng)調(diào)這些透 鏡是CATARACT透鏡，即，透鏡植入患有白內(nèi)障的老年（通常是60歲或以上）患者體內(nèi)。因 此，主要植入MFD透鏡，以校正白內(nèi)障問題并且涉及由MFD透鏡提取自然人晶狀體及其替換 物。作為額外的獎(jiǎng)勵(lì)，MFD透鏡被設(shè)計(jì)為恢復(fù)某個(gè)水平的近視力，但是這并非真正的調(diào)節(jié)。 這種透鏡不適應(yīng)，確切地說，這種透鏡被設(shè)計(jì)為在透鏡的中心提供用于遠(yuǎn)視力的最佳焦點(diǎn) 并且在透鏡的周圍提供某種程度的近視力。
[0006] 最簡單的MFD白內(nèi)障透鏡是由Alcon制造的Restor?透鏡。這個(gè)透鏡具有直徑 是3mm的中心部分，其被設(shè)計(jì)為用于遠(yuǎn)視力。在這個(gè)中心部分之外，具有使用環(huán)狀物雕刻的 部分，該部分改變光焦度，與在150多年前發(fā)明的菲涅耳透鏡相似。這個(gè)環(huán)狀物部分被設(shè)計(jì) 為給患者提供近視力。在環(huán)狀物部分之外，具有非球面，其被設(shè)計(jì)為提供中間視力。該設(shè)計(jì) 簡單，并且具有某些優(yōu)點(diǎn)并且主要的缺點(diǎn)例如取決于具有中間和近視力效應(yīng)的孔尺寸。
[0007] 提高衍射透鏡的性能的一種嘗試涉及將更多的環(huán)狀物和更多的屈光力加入基礎(chǔ) Restor?型透鏡中。由于在這些透鏡中利用衍射效應(yīng)，所以這些透鏡在某種程度上具有相 同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
[0008] 在衍射透鏡設(shè)計(jì)中的另一個(gè)有趣的進(jìn)展是PhysIOL?衍射透鏡。該透鏡與上面 描述的衍射設(shè)計(jì)相似，但是增加了交錯(cuò)的兩個(gè)部分，即，一個(gè)部分用于提供中間視力，并且 另一個(gè)部分用于提供近視力。理論上，無論患者的瞳孔多大，這兩個(gè)部分都應(yīng)存在于眼睛 的瞳孔空間內(nèi)，因此，患者應(yīng)獲得可接受的近視力和中間視力，由透鏡的中心部分提供遠(yuǎn)視 力。衍射部分變跡，以便凹槽在透鏡的中心附近更深，在徑向距離增大時(shí)，變得非常淺。 [0009] 基于不同的原理，另一個(gè)版本的多焦點(diǎn)透鏡是由Oculentis?制造的透鏡。該透鏡 原則上與雙焦點(diǎn)眼鏡片相似，即，在透鏡上具有兩個(gè)曲率，用于透鏡的光學(xué)性能。透鏡的下 部分增加了屈光力，例如，2. O屈光度（D)，并且為更遠(yuǎn)的對(duì)象（遠(yuǎn)視力）產(chǎn)生了最佳焦點(diǎn)。 從光學(xué)的角度來看，雖然這種透鏡具有昏迷和眩光的報(bào)告，但是這種透鏡產(chǎn)生調(diào)制傳遞函 數(shù)（MTF)和離焦響應(yīng)，與PhysIOL?透鏡相似。
[0010] 如上所述，創(chuàng)造以上設(shè)計(jì)，僅僅用于白內(nèi)障手術(shù)。雖然現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)在理論上可以 在負(fù)ICL透鏡上實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)際上，這種實(shí)現(xiàn)方式非常困難。
[0011] 上述多階段設(shè)計(jì)在正面上具有一組環(huán)狀物，并且這些環(huán)狀物具有幾百微米的深 度，具有傾斜的底面（炫目的）。典型的眼內(nèi)接觸鏡（ICL)負(fù)折射透鏡在中心的厚度僅僅 是116微米，并且在邊緣，厚度僅僅增大為330微米。因此，實(shí)際上在不穿透背面也不嚴(yán)重 損害所產(chǎn)生的透鏡的機(jī)械性能的情況下難以切割環(huán)狀物。由于眼睛的生理約束，所以負(fù)透 鏡厚度不能增大，這是因?yàn)樵撏哥R不再適配至非常緊湊容量內(nèi)，其中，這種透鏡通常植入眼 睛內(nèi)。
[0012] 多階段設(shè)計(jì)的衍射環(huán)狀物的第二個(gè)問題在于，如果在透鏡的正面上制造環(huán)狀物， 那么環(huán)狀物與虹膜接觸。由于虹膜對(duì)在眼睛上入射的光量作出反應(yīng)時(shí)打開和關(guān)閉，所以在 擦傷環(huán)狀物時(shí)，磨損虹膜具有嚴(yán)重危險(xiǎn)。這種磨損可能造成虹膜色素顆粒脫落，可能造成眼 房水的出口通道的發(fā)炎和堵塞的嚴(yán)重問題。另一方面，如果在背面上植入環(huán)狀物并且環(huán)狀 物無意中與晶狀體接觸，那么對(duì)晶狀體的損害可能造成在晶狀體內(nèi)形成白內(nèi)障。
[0013] 第三，衍射表面通常用作衍射光柵，以將光分成其色譜，產(chǎn)生色散。在衍射多焦點(diǎn) IOL的情況下，色散變成一個(gè)嚴(yán)重的問題，并且患者必須忍受這種影響，并且設(shè)法學(xué)會(huì)忽略 這種影響。
[0014] 關(guān)于雙曲率設(shè)計(jì)，制造復(fù)雜，并且患者報(bào)告通過這種透鏡觀察到昏迷效應(yīng)。這種透 鏡還顯示了上面討論的多個(gè)問題，例如，難以在已經(jīng)非常薄的負(fù)透鏡上實(shí)現(xiàn)兩個(gè)曲率半徑。
[0015] 利用雙曲率設(shè)計(jì)的另一個(gè)嚴(yán)重的問題是發(fā)生眩光和暈圈。這些問題源自尖銳轉(zhuǎn)變 以及透鏡屈光力的突變，其中，這兩個(gè)表面接觸。
[0016]需要并且迄今不可使用一種改進(jìn)的多焦點(diǎn)透鏡設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以用于屈光和白內(nèi) 障手術(shù)，優(yōu)化該手術(shù)，以提供改進(jìn)的近視力和視敏度。本發(fā)明滿足這些和其他需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 在總體方面，本發(fā)明包括一種自由形式的漸進(jìn)多焦點(diǎn)透鏡，其具有光學(xué)件，該光學(xué) 件具有均勻非球面形狀。在一些方面，均勻非球面形狀包括具有基本圓錐形形狀的光學(xué)件， 高達(dá)16階的偶次多項(xiàng)式疊加在該光學(xué)件的頂部上。在這種形狀中，沿著從透鏡的中心中移 出的半徑，光學(xué)件的半徑在點(diǎn)之間不同。
[0018] 在另一方面，本發(fā)明包括一種生成命令的方法，該命令能夠控制從透鏡毛坯中切 割自由形式的漸進(jìn)多焦點(diǎn)光學(xué)件的車床。
[0019] 在又一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種用于提高患者的視敏度的可植入式透鏡，包括：自 由形式的漸進(jìn)多焦點(diǎn)光學(xué)件，其被優(yōu)化為提供至少改進(jìn)的遠(yuǎn)焦點(diǎn)和近焦點(diǎn)。在又一個(gè)方面， 透鏡包括觸覺件，其用于在眼睛內(nèi)固定透鏡光學(xué)件。
[0020] 在進(jìn)一步的方面，光學(xué)件具有基本圓錐形形狀，在所述基本圓錐形形狀上底架偶 次16階多項(xiàng)式。在更進(jìn)一步方面，所述光學(xué)件具有均勻非球面形狀。在更進(jìn)一步的方面， 均勻非球面形狀具有基本圓錐形形狀，在基本圓錐形形狀上疊加偶次16階多項(xiàng)式。
[0021] 在又一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種優(yōu)化用于自由形式的漸進(jìn)多焦點(diǎn)光學(xué)件的幾何形 狀的方法，包括：將常數(shù)和參數(shù)輸入優(yōu)化引擎內(nèi)；生成優(yōu)化輸出；將優(yōu)化輸出輸入坐標(biāo)發(fā)生 器內(nèi)；并且根據(jù)所述坐標(biāo)發(fā)生器的輸出，操作車床，以切割多焦點(diǎn)光學(xué)件。
[0022] 在又一個(gè)方面，所述常數(shù)可包括但不限于用于遠(yuǎn)視力的物距、用于近視力的物距、 透鏡的期望中心厚度、透鏡的期望邊緣厚度、透鏡的期望光學(xué)直徑以及透鏡的光學(xué)件的期 望后曲率（posterior curvature)。
[0023] 在另一個(gè)方面，所述變量可包括但不限于用于描述非球面的兩個(gè)或更多個(gè)常數(shù)。 在另一個(gè)方面，所述變量可包括但不限于定義16階多項(xiàng)式所需要的8個(gè)常數(shù)。
[0024] 在又一個(gè)方面，優(yōu)值函數(shù)（merit function)可被選擇并且用作優(yōu)化引擎的輸入。
[0025] 在另一個(gè)方面，優(yōu)化輸出可以是描述透鏡的光學(xué)表面和幾何形狀的21個(gè)常數(shù)。在 一方面，13個(gè)常數(shù)描述非球形光學(xué)表面以及光學(xué)幾何形狀。在另一個(gè)方面，8個(gè)常數(shù)描述16 階偶次多項(xiàng)式。
[0026] 在又一個(gè)方面，發(fā)生器的輸出包括逐點(diǎn)的X和Z坐標(biāo)。
[0027] 從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見， 附圖通過實(shí)例示出了本發(fā)明的特征。
【附圖說明】
[0028] 專利和申請(qǐng)文件包含以彩色顯示的至少一個(gè)附圖。在請(qǐng)求和支付必要的費(fèi)用時(shí)， 將由官方提供具有彩色附圖的該專利或?qū)＠暾?qǐng)出版物的副本。
[0029] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的通過自由形式的漸進(jìn)多焦點(diǎn)透鏡的光 線跟蹤的示意圖。
[0030] 圖2為具有一種配置的透鏡的光線跟蹤，對(duì)象放在無窮遠(yuǎn)處，并且2. 5mm的孔放在 透鏡的前面，這允許為遠(yuǎn)視力優(yōu)化透鏡的中心。
[0031] 圖3為具有第二種配置的透鏡的光線跟蹤，對(duì)象放在與眼睛相距的400mm(2. 5屈 光度的增加屈光力）處，并且2. 5_的遮蔽件放在透鏡的前面，這允許為近視力優(yōu)化透鏡的 外圍。
[0032] 圖4為具有第三種配置的透鏡的光線跟蹤。在這個(gè)配置中，在透鏡的前面沒有孔 或遮蔽件。
[0033] 圖5A是與圖2的配置（遠(yuǎn)視力、透鏡的中心）對(duì)應(yīng)的在優(yōu)化之前的透鏡的FFT MTF 的圖示。
[0034] 圖5B是與圖2的配置（遠(yuǎn)視力、透鏡的中心）對(duì)應(yīng)的在優(yōu)化之后的圖5A的透鏡 的FFT MTF的圖示。
[0035] 圖6A是與圖3的配置（透鏡外圍、近視力）對(duì)應(yīng)的在優(yōu)化之前的透鏡的FFT MTF 圖示。
[0036] 圖6B是在優(yōu)化之后的圖6A的透鏡的MTF的圖示。
[0037] 圖7A是與圖4的配置對(duì)應(yīng)的在優(yōu)化之前的透鏡的FFT MTF的圖示，其包括全透鏡， 通過散瞳暗視敏度條件模擬遠(yuǎn)視敏度。
[0038] 圖7B是在優(yōu)化之后的圖7A的透鏡的MTF的圖示。
[0039] 圖8A是從0. 250m到20m的在相對(duì)對(duì)象位置的每mm的50個(gè)線對(duì)處的透鏡的FFT MTF的圖示。
[0040] 圖8A是在相對(duì)對(duì)象位置的每mm的50個(gè)線對(duì)處圖8A的透鏡的FFT MTF的圖示。
[0041] 圖9A是孔徑=5mm的離焦響應(yīng)的圖示。
[0042] 圖9B是孔徑=4. 5m