CN101438203B - 利用瞳孔变迹法的多焦点角膜接触镜片设计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了角膜接触镜片，该角膜接触镜片通过考虑瞳孔尺寸和第一级斯泰尔斯-克劳福德效应来矫正带镜者的屈光配方。

Description

利用瞳孔变迹法的多焦点角膜接触镜片设计

技术领域

本发明涉及多焦点眼用镜片（ophthalmic lense）。特别是，本发明提供角膜接触镜片（contact lenses，又称隐形眼镜），其基于瞳孔尺寸和斯泰尔斯-克劳福德（Stiles-Crawford）效应，使用针对个体或个体群调整的多焦点设计，从而为远视眼提供矫正。

背景技术

随着个体年龄增长，眼睛越来越难以调节或者弯曲天然晶状体，来聚焦在与观察者相对较近的物体上。这种状况就是远视眼。类似的，对于摘除了天然晶状体并插入人工晶状体（intraocular lens）作为替代的人而言，也缺乏这种调节能力。

在用于矫正眼睛不能调节的方法中，有采用具有多于一个光焦度（opticalpower）的镜片。特别的，已经研制了如下多焦点角膜接触镜片和眼内镜片（intraocular lense）：其中，提供了远视区光焦度（zone of distance power）和近视区光焦度（zone of near power），在一些情况下提供了中间视区光焦度（zone ofintermediate power）。

众所周知，个体的瞳孔尺寸随着年龄、亮度以及眼到被视物体之间的距离的变化而变化。例如，随着亮度增加，瞳孔尺寸减小，同时，随着人的年龄，瞳孔对亮度变化的反应下降。然而，一些传统的多焦点角膜接触镜片一般不考虑瞳孔尺寸，由此在所有观看条件中，给镜片佩带者分配光的效率较低。即使在那些考虑了瞳孔尺寸的镜片中，这些镜片没有考虑到如下事实：人眼的圆锥细胞对于垂直射到圆锥细胞表面的光线比其它光线更为敏感。因此，对光的反应的程度在瞳孔孔径的中心处或中心附近处达到最大，并且向边缘下降，该现象称为第一种斯泰尔斯-克劳福德效应（“Stiles Crawford效应”或“SCE”）。因此，通过仅仅考虑瞳孔尺寸从而只匹配多焦点镜片的光学视区的尺寸，不能获得最佳的视觉效果。相反，设计必须同时考虑瞳孔尺寸和斯泰尔斯-克劳福德效应。

本发明提供了角膜接触镜片的设计方法，包括以下几个方面：

方面1．设计角膜接触镜片的方法，包括步骤：

a）提供多焦点设计，所述多焦点设计包括第一区域和第二区域，所述第一区域为中心区域，所述第二区域为围绕所述中心区域的环形区域；

b）基于斯泰尔斯-克劳福德效应调整所述多焦点设计，其中所述第一区域和第二区域的有效半径通过下式来确定：

其中，x₀是瞳孔半径测量值；ρ是常数，对于健康对象而言是0.05；和

c)基于瞳孔尺寸进一步调整所述多焦点设计。

方面2．根据方面1的方法，其中所述瞳孔尺寸为对个体群的整体或者所述个体群的部分进行测量所测得的瞳孔尺寸测量值。

方面3．根据方面1的方法，其中所述瞳孔尺寸为单个个体的瞳孔尺寸。

方面4．根据方面1的方法，其中所述中心区域为远视区域，所述环形区域为近视区域。

方面5．根据方面4的方法，其中所述多焦点设计进一步包括提供远视矫正的第二环形区域。

附图说明

图1描述了多焦点镜片设计。

图2描述了考虑到瞳孔尺寸而调整后的图1的设计。

发明详述和优选实施方式

本发明提供了角膜接触镜片以及制造这种角膜接触镜片的方法，其中眼镜通过考虑瞳孔尺寸连同SCE矫正佩带者的屈光配方（refractive prescription）。本发明的方法用于设计多焦点角膜接触镜片和眼内眼镜，但是可以发现它在提供多焦点角膜接触镜片设计上有最大的效用。

在一个实施方案中，本发明提供了用于设计角膜接触镜片的方法，其包括如下步骤、基本上由如下步骤组成、以及由如下步骤组成：a.）提供光学设计；b.）基于瞳孔尺寸和SCE调整该光学设计。

在本发明的第一步骤中，提供了多焦点光学设计。该设计可以为任意所需的多焦点设计，但是优选的，该设计包含至少两个径向对称的区域：第一区域为中心区域，第二区域为围绕该中心区域的环状区域。优选的，该中心区域为远视区域，即提供将带镜者的远视敏锐度基本上矫正至所需程度所需要的光焦度的区域。该环状区域优选为近视区域，即提供将带镜者的近视敏锐度基本上矫正至所需程度所需要的光焦度的区域。可选择的，该近视区域可以偏高至约0.5屈光度以提供中间视力矫正。

更优选的，所述设计包括提供远视矫正的第二环状区域。在所述设计中可以包含任意数目的另外的区域，这样的区域可以提供远视或者近视矫正或者中间光焦度的一个或多个，中间光焦度指矫正光焦度介于近光焦度和远光焦度之间。为了示意，图1描述了多焦点设计10。该设计由中心远视区域15、近视光焦度的第一环状区域16和远视光焦度的第二环状区域构成。从镜片表面的几何中心点A点测量，中心区域半径（“r₁”）、第一环状区域半径（“r₂”）、以及第二环状区域半径（“r₃”）分别为1、2和4毫米。

在本发明的方法中，所述设计基于瞳孔尺寸和对SCE的考虑进行调整。在基于瞳孔的调整中，可以使用对个体群进行的瞳孔尺寸测量或者对一个个体的瞳孔尺寸。例如，表1列出了基于年龄在35至42岁之间的十三个个体的瞳孔尺寸数据。

表1

可以使用以下方程式将所述数据用于计算最佳拟合：

y＝4.8997x^-0.1448   （I）

其中x为亮度水平，单位为坎德拉每毫米，y为瞳孔直径，单位为毫米。

这样计算的结果被列在表1的“最佳拟合，所有数据”栏中。

可选的，基于个体的瞳孔尺寸数据，以下的幂律拟合方程式可用于计算：

y＝5.9297x^-0.1692   （II）

其中x为亮度水平，单位为坎德拉每毫米，y为瞳孔直径，单位为毫米。

这样计算的结果被列在表1的“针对1个体的外推”栏中。

作为示例，基于个体的瞳孔尺寸，对图1的三区域、多焦点设计进行了调整。下表2列出了不同光照环境下典型的光亮水平。

表2

	亮度（cd/m2）
		晴	3000-6000
雾天	1500-3000
		多云见晴（cloudy bright）	600-1500
多云见阴（cloudy dull）	120-600
		阴天	6-120
日落	0.06-6
		满月	0.0006-0.006
星光	0.000006-0.00006
		手术室	300-600
商店橱窗	0-300
		画室	18-30
办公室	12-18
		起居室	3-12
走廊	3-6

街灯灯光充足	1.2
		街灯灯光不足	0.06

基于表2中的数据，户外日间观看远处物体的代表性亮度水平为约1000cd/m²，观看室内近处物体、中等远近的物体的代表性亮度水平为大约15cd/m²，晚间观看室外远处物体的代表性亮度水平为约0.30cd/m²。当根据方程式II外插表3中的数据，则个体的瞳孔尺寸直径在1000cd/m²时为2.0mm，在10cd/m²时为4.0mm，0.30cd/m²时为7.2mm。

使用前述外推调整图1的设计。图2显示了最终的调整后设计20，其中中心区域的半径（“r₄”）、第一环状区域的半径（“r₅”）、第二环状区域的半径（“r₆”）分别为1、2、3.65mm。因此，中心远视区域25的外直径为2mm，环状近视区域26的内直径和外直径分别为2mm和4mm，外部远视区域27的内直径和外直径分别为4mm和7.3mm。中心、近视和外部远视区域的面积比率为1：3.0：8.96。

在本发明的方法中，使用SCE调整所述设计。由于所述SCE，光转化为可视光电位（visual phto-potential）的效率随着远离瞳孔中心或者远离效率峰值点而降低。这种效率的逐渐下降可以由以下方程式给出的抛物线函数来表示：

$\log \mathrm{\η}={-\mathrm{\ρx}}^2+2\mathrm{\ρ}{\mathrm{xx}}_{\max }+\log {\mathrm{\η}}_{\max }-\mathrm{\ρ}{x}_{\max }^2---\left(\mathrm{III}\right)$

其中η为可视有效性的效率（efficiency of visualization of effectiveness）；x为瞳孔上的任意点到效率峰值点的距离；在健康对象中，ρ为常数约0.05。

方程III用于确定直至6mm瞳孔直径时的效率下降。超过6mm，使用高斯拟合。

为了确定针对SCE矫正的有效瞳孔直径，方程式III被改写为：

$\mathrm{\η}={10}^{-0.05x^2+\log \left(n_{\max }\right)}---\left(\mathrm{IV}\right)$

对η赋值y，对x_max赋值0。

然后，对方程式Ⅳ积分以获得在该曲线下到瞳孔边缘的面积（例如，对于6mm瞳孔而言，x＝3），并换算成相同面积的矩形。对于被测的瞳孔半径X₀，有效半径为：

下面的表3中列出了对于某些有代表性的瞳孔直径的测量值进行计算后的有效瞳孔直径。

表3

实际瞳孔直径（mm）	有效瞳孔直径（mm）
		2.0	1.93
4.0	3.46
		6.0	4.44
8.0	4.94

表3显示了，对于大的瞳孔尺寸，有效瞳孔尺寸比实际瞳孔尺寸小。

在图1所示的设计中，图1的面积比为1：3.0：8.96，瞳孔半径为1，2，以及3.65mm。仅考虑瞳孔面积，其与从每一区域聚焦到视网膜上的光能量的多少有关，可以得出结论外部区域太大并将对设计的性能产生消极的影响。

更详细的，中心环的面积为pi*r₁ ²，第一环状环的面积为pi*（r₂ ²-r₁ ²），外环的面积为pi*（r₃ ²-r₂ ²）。中心区域、近视区域、外部区域的面积比可计算如下：

1：pi*（r₂ ²-r₁ ²）/pi*r₁ ²：pi*（r₃ ²-r₂ ²）/pi*r₁ ²

这可被简化为：

1：（r₂ ²-r₁ ²）/r₁ ²：（r₃ ²-r₂ ²）/r₁ ²

其中，r₁，r₂，r₃中的每个都是使用方程式V计算而得的有效半径。使用方程式V计算有效瞳孔直径，然后比较每个环的面积，从而获得比为1：2.23：2.94，这表明外部远视区域的有效性有了显著下降。

进一步的，考虑到研究表明当亮度水平从75cd/m²降至7.5cd/m²时几乎没有视敏锐度损失，但是当亮度水平从7.5cd/m²降至0.75cd/m²至0.075cd/m²时视敏锐度显著损失，则在散焦诱导的图像模糊对低亮度条件下视敏锐度的有害影响更大。因此，一旦个体的近视敏锐度得到满足，则需要提供个体瞳孔所允许的尽可能大面积的远视矫正光学面积。因此，通过将近视区域的外部直径从4mm减小至3.6mm并且将该区域的外部直径增大到8.0mm以提供1：1.76：3.8的面积比分布，从而获得该设计的更佳分布。

以上举例说明了基于个体的瞳孔尺寸而调整所述设计。可替换的，所述设计可以基于个体群的瞳孔尺寸信息的平均值进行调整，例如，表1的最后两栏显示的数据所表示的整个群。然而另一可替换的，可以定义群的子群，每个子群包含具有相似瞳孔直径的个体，其中的瞳孔直径作为亮度水平的函数。

在本发明的设计中，当带镜者的瞳孔尺寸扩大到能使用所述多焦点区域的大部分或全部的尺寸时，可获得最佳效果。在所述三区域设计中，随着外部远视区域的贡献由于瞳孔扩大不足而逐渐下降，进入瞳孔的光量降低并且视觉敏锐度下降。因此，对瞳孔不能扩大到6.0mm的个体而言，所述三区域设计可能并非是最优的。在那些情况下，具有中心近视区域和环状远视区域的两区域双焦点设计可能是优选的。在这样的两区域设计中，如果中心的一个直径为2.0mm，则对近处物体将获得令人满意的成像强度，并且对于瞳孔在低亮度环境中扩大的情况，所述外部远视区域将提供令人满意的矫正。

在本发明的镜片中，所述中心区域和附加区域可以在镜片的前表面或物体侧表面上，在后表面或眼睛侧表面上，或者可以所述前表面和后表面之间分开。可以在镜片的背面或者凹面上提供柱镜顶焦度（cylinder power）以矫正带镜者的散光。可替换的，所述柱镜顶焦度可以与所述远视焦度和近视焦度中的一个或两个结合在前表面或后表面上。在本发明的所有镜片中，远视光焦度、中间光焦度以及近视光焦度可以为球面或非球面光焦度。

用于本发明中的角膜接触镜片优选为软角膜接触镜片。优选的，使用由任意适合制造这样的镜片的材料制成的软角膜接触镜片。形成软角膜接触镜片的示例材料包括但不限于硅树脂弹性体、含硅树脂的大分子单体，包括但不仅限于全文通过引用结合于此的美国专利US5371147、5314960和5057578中所公开的、水凝胶、含硅树脂的水凝胶，以及类似物和其组合物。更优选的，所述表面为硅氧烷，或者包含硅氧烷官能团，包括但是不限于，聚二甲基硅氧烷大分子单体、甲基丙烯酰氧基丙基聚烷基硅氧烷，以及其混合物，硅树脂水凝胶或者水凝胶，例如etafilconA。

优选的镜片形成材料为聚甲基丙烯酸2-羟乙基酯聚合物，即，具有分别约为25000至约80000之间的峰值分子量和小于大约1.5至小于大约3.5的多分散性，并其上共价地结合有至少一个可交联官能团。这样的材料记载在律师案卷号VTN588、美国临时申请号60/363630中，其全文通过引用结合于此。用于制作眼内镜片的合适材料包括但不仅限于，聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、惰性透明塑料、硅树脂基聚合物，以及类似物和其组合物。

镜片形成材料的固化可以通过任何已知的方法来进行，包括但不限于，热、辐照、化学、电磁辐射固化、以及类似方法或其组合。优选地，镜片是模制的，其使用紫外光或者使用可见光的全部光谱来进行。更特别的，适合固化镜片材料的精确条件依赖于所选的材料和要形成的镜片。用于包括但不限于角膜接触镜片的眼用镜片的聚合方法是公知的。美国专利US5540410公开了合适的方法，其全文通过引用结合于此。

本发明的角膜接触镜片可以通过任何传统的方法来形成。例如，光学区域可以通过金刚石切削来制造，或者经过金刚石切削成为用来形成本发明的镜片的模具来制造。之后，合适的液态树脂被置于模具之间，随后通过压缩和固化树脂来形成本发明的镜片。可替换的，所述区域可以经过金刚石切削成镜片纽扣（lens buttons）中。

Claims (5)

1. 设计角膜接触镜片的方法，包括步骤：

a）提供多焦点设计，所述多焦点设计包括第一区域和第二区域，所述第一区域为中心区域，所述第二区域为围绕所述中心区域的环形区域；

b）基于斯泰尔斯-克劳福德效应调整所述多焦点设计，其中所述第一区域和第二区域的有效半径通过下式来确定：

有效半径＝                                               

其中，x₀是瞳孔半径测量值；ρ是常数，对于健康对象而言是0.05；和

c) 基于瞳孔尺寸进一步调整所述多焦点设计。

2. 根据权利要求1的方法，其中所述瞳孔尺寸为对个体群的整体或者所述个体群的部分进行测量所测得的瞳孔尺寸测量值。

3. 根据权利要求1的方法，其中所述瞳孔尺寸为单个个体的瞳孔尺寸。

4. 根据权利要求1的方法，其中所述中心区域为远视区域，所述环形区域为近视区域。

5. 根据权利要求4的方法，其中所述多焦点设计进一步包括提供远视矫正的第二环形区域。

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