CN101796451B - 设计多焦点隐形眼镜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种设计隐形眼镜的方法，与常规方法相比，所述方法使镜片设计的效率更高。通过本发明发现，利用视觉功效预测模型作为设计过程的一部分可以获得改善的功效和缩短的设计时间。

Description

设计多焦点隐形眼镜的方法
技术领域
本发明涉及多焦点眼镜片。具体地讲，本发明提供多焦点隐形眼镜镜片对，在其设计中考虑了每只眼睛的神经对比敏感度函数。
发明背景
随着个体年龄的增长，眼睛变得难于调节或弯曲天然晶状体以聚焦在离观察者相对较近的物体上。这种情况被称为老花眼。类似地，对于摘除了天然晶状体并植入人工晶状体作为替代物的人而言，也丧去了调节能力。
在用于矫正无法进行调节的眼睛的方法中，使用了具有不止一个光焦度的镜片。具体地讲，已开发了多焦点隐形眼镜和人工晶状体，其中提供了远焦度(distance power)区和近焦度(near power)区，在一些情况下还有中焦度(intermediate power)区。
附图说明
图1是多焦点镜片的表面的平面图。
图2是NCSF的曲线图。
图3是用于优势眼的镜片设计的径向焦度分布。
图4是应用NCSF以及使用功效预测计算之后对图3中的设计进行修改所得的径向焦度分布。
图5是图4中的镜片设计的预测功效曲线图。
图6是可用于非优势眼的镜片的径向焦度分布。
图7是应用于图6中的设计的NCSF曲线图。
图8是应用NCSF以及使用功效预测计算之后对图6中的设计进行修改所得的径向焦度分布。
图9是图8设计的离焦响应曲线图。
具体实施方式
本发明提供设计隐形眼镜的方法、根据该方法设计的隐形眼镜以及生产该隐形眼镜的方法，与常规的镜片相比，该隐形眼镜具有改进的功效。另外，本发明的方法与常规的方法相比，提高了镜片设计的效率，因为其减少了设计开发时间。通过本发明发现，利用视觉功效预测模型作为设计过程的一部分可以获得改善的功效和缩短的设计时间。
在一个实施例中，本发明提供了设计多焦点隐形眼镜镜片对的方法，其包括以下步骤、基本上由以下步骤组成以及由以下步骤组成：(a.)提供用于眼镜佩戴者的优势眼的第一镜片设计和用于眼镜佩戴者的非优势眼的第一镜片设计；(b.)选择第一加权函数，其为应用于优势眼镜片设计的第一神经对比敏感度函数的函数，并且选择第二加权函数，其为应用于非优势眼镜片设计的第二神经对比敏感度函数的函数；(c.)在第一镜片设计和第二镜片设计中的每个的功效预测模型中，将第一加权函数用于第一镜片设计，并将第二加权函数用于第二镜片设计，其中功效预测模型使两个或更多个镜片设计的测量功效与第一镜片设计和第二镜片设计中的每个的预测功效相关联；以及(d.)使用步骤(c.)中所得的结果来优化第一镜片设计和第二镜片设计。
在本发明的方法中，使用预测模型来预测镜片设计的佩戴功效，从而无需制造镜片并在眼睛上进行测试。该预测模型使用函数加权的眼睛光学传递函数(“OTF”)，该加权函数本身为眼睛的神经对比敏感度函数(“NCSF”)的函数。
在本发明方法的第一步骤中，提供用于眼镜佩戴者优势眼的第一镜片设计和用于眼镜佩戴者非优势眼的第一镜片设计。“优势眼”是指个体在进行需要远视力的任务时优先使用的眼睛。每只眼的设计可以是任何所需的设计，并优选地为多焦点设计，更优选地，该设计包含至少两个径向对称区域：第一区域为中央区域，而第二区域为环绕该中央区域的环状区域。用于优势眼的镜片设计优选地具有作为远视力区域的中央区域，即提供将眼镜佩戴者的远视敏度基本矫正到所需程度必需的焦度的区域。环状区域优选地为近视力区域，即提供将眼镜佩戴者的近视敏度基本矫正到所需程度必需的焦度的区域。对于非优势眼设计，中央区域优选地为近视力区域，而环状区域则为远视力区域。设计中可以包括任何数量的附加区域，这些区域可以提供一个或多个远视力或近视力矫正或中间焦度，即在近焦度和远焦度之间的矫正焦度。出于进行示意性的说明，在图1中示出了多焦点镜片10。该镜片的光学区域由中央远视力区域15、近视力焦度的第一环状区域16组成。
在本发明方法的另一个步骤中，选择了其本身为眼睛NCSF的函数的加权函数应用于优势眼镜片设计，并选择了不同的此类加权函数应用于非优势眼镜片设计。NCSF表示为可感知对比度的阈值倒数的对数，由空间频率、物体亮度和瞳孔大小决定。图2示出了群体平均NCSF的实例，其中示出了对比敏感度对空间频率在不同视网膜照度下的曲线图。在所示的图线中，根据照度的不同，函数的峰值位于约4至8周/度处。作为另外一种选择，加权函数中使用的NCSF可用于个体而不是群体平均。
本发明的一个发现是：通过对眼镜佩戴者的优势眼和非优势眼应用不同的加权函数，可在多焦点隐形眼镜镜片对中实现改进的功效。佩戴者的优势眼将主要用于远视力和分辨细节，而非优势眼将用于近视力和中视力任务，例如阅读和察看计算机显示屏。物体的细节主要对应于高空间频率，而近视力和中视力任务则主要对应于低空间频率和中空间频率。因此，最理想的镜片对设计无法通过将单个加权函数同时应用到针对优势眼和非优势眼的设计而获得。反之，必须将一组不同的加权应用到各个设计中。在一个优选的实施例中，应用到优势眼镜片设计上的加权函数为全NCSF，即最小值等于0并且最大值等于60周/度。应用到非优势眼镜片设计的加权函数是NCSF的截短形式，其中最小值等于0而最大值等于12周/度。
在本发明的方法中，将加权函数用于功效预测模型中。预测模型结合了临床测得的待设计镜片之外的镜片的视觉功效数据，并将测得的数据与设计的预测功效相关联。因此，该模型可对正在设计的镜片的临床功效进行预测，而不需要制造镜片并在眼睛上测试该设计。预测模型的一个构件是数学眼模型，其包括与眼睛的角膜表面形状近似的第一表面，并包括与人眼相当的像差。该眼模型可代表眼睛(例如，Gullastrand-LeGrand眼或Liou-Brennen眼)的群体平均值，或者可以是使用测量的角膜形状数据以及测量的波前像差的个体眼模型。预测模型在数学上允许将隐形眼镜设计放到模型上并计算视网膜平面的OTF。
要使用该预测模型计算预测的视觉功效，应首先根据以下公式计算OTF的加权面积(“WAOTF”)：
Figure GPA00001039950300041
其中：
max和min限定进行积分的频率范围，并与NCSF和N一起限定加权函数；
OTF为针对镜片设计在视网膜平面处计算的光学传递函数；
v为以视网膜中央窝处每度眼观看弧角的线对数或周数(“cpd”)表示的空间频率；
D为以毫米表示的瞳孔直径；
V为聚散度，即以米的倒数或屈光度表示的所观看物体的距离；
物体反差是表示所观看物体对比度的介于0和1之间的值；
NCSF为神经对比敏感度函数；
L为以坎德拉/平方米表示的室内亮度；以及
N为值在1至-2之间的指数，优选地为1.5。
镜片设计的OTF可通过任何适宜的方法计算，这些方法包括但不限于使用可商购获得的光线追踪软件程序，例如CODE VTM。对于非旋转对称的镜片设计，OTF可计算为二维OTF的平均值。
将计算值WAOTF与测量的视觉功效相关联，使得可以计算并预测设计的视觉功效，以用于最优化该设计的功效。例如，logmar视敏度(“VA”)优选地根据以下公式计算：
VA＝-11+2.82*log10(WAOTF)-0.136*log10(WAOTF)2
(II)
公式II的系数通过将测量的视敏度与计算的WAOTF(针对用于临床试验的设计)相关联而确定。
预测模型中使用的临床测量数据基于两个或更多个镜片，并且该数据优选地从睫状肌麻痹以便放松其瞳孔并致使其对会聚刺激不敏感的受试者上获得。受试者佩戴测试镜片以进行平面重叠验光(plano over-refraction)。使用90％和10％对比度等级表在具有可控光照的测试实验室中测量视敏度。视敏度由离焦决定。通过小心地控制测试条件，例如瞳孔大小、调节以及光和对比度等级，测量结果与预测结果的相关性可以较高(r2＞0.92)。因此，该模型可用于预测设计功效。
任何镜片都可用于获取临床测量数据。优选地，使用的镜片与进行功效预测的镜片设计为同一类型，例如单光或多焦点隐形眼镜或人工晶状体。另外并且优选地，镜片涵盖了与镜片设计者设计用途一致的焦度范围。例如，如果镜片设计者设计用于近视患者的镜片，则在预测模型中使用的焦度范围应适合近视患者。
VA计算的结果为考虑中的镜片设计提供了功效预测。当希望获得更好的设计功效时，可改变镜片设计的至少一个参数，同样的计算可用于变更后的设计，并再次进行功效预测。优选地，最优化每只眼的镜片设计以提供所需的视觉功效。例如，对于多焦点设计，可针对对应于低、中和高亮度等级的瞳孔大小来将设计最优化，以在远、中和近物体距离获得所需的视觉功效。可进行修改的镜片设计参数包括但不限于环半径、间距、宽度、焦度等。
虽然已结合多焦点隐形眼镜镜片对的设计阐述了本发明，但本发明可用于设计任何类型的隐形眼镜或人工晶状体，包括但不限于单只多焦点镜片、单光镜、单光或多焦点复曲面镜片等。
可根据本发明设计的隐形眼镜优选地为软质隐形眼镜。优选地使用由适于制备此类眼镜的任何材料制成的软质隐形眼镜。形成软质隐形眼镜的示例性材料包括但不限于硅氧烷弹性体、含硅氧烷的大分子单体、水凝胶、含硅氧烷的水凝胶等，以及它们的组合，所述含硅氧烷的大分子单体包括但不限于美国专利No.5,371,147、5,314,960和5,057,578中所公开的那些，这些专利全文以引用方式并入本文。更优选地，表面为硅氧烷或含有硅氧烷官能度，包括但不限于聚二甲基硅氧烷大分子单体、异丁烯酰氧基丙基聚烷基硅氧烷、以及它们的混合物、硅氧烷水凝胶或水凝胶，例如依他菲康A。
优选的镜片形成材料为聚2-甲基丙烯酸羟乙酯聚合物，即最大分子量介于约25,000与约80,000之间、多分散性小于约1.5至小于约3.5，并且其上共价地键合至少一个可交联的官能团。此材料在美国专利No.6,846,892中有所描述，该专利全文以引用的方式并入本文。形成人工晶状体的合适材料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、惰性透光塑料、硅氧烷基聚合物等，以及它们的组合。
可以通过任何已知的方法固化镜片形成材料，这些方法包括但不限于热固化、辐射固化、化学固化、电磁辐射固化等，以及它们的组合。优选地，使用紫外光或可见光的全光谱来模制镜片。更具体地讲，适于固化镜片材料的精确条件将取决于所选材料和要形成的镜片。
眼镜片(包括但不限于隐形眼镜)的聚合反应工艺是公知的。合适的工艺在美国专利No.5,540,410中有所公开，该专利全文以引用的方式并入本文。
本发明可通过以下非限制性实例进一步阐明。
实例
实例1
为优势眼提供镜片设计，该设计在镜片的正面具有五个同心区域。最中间区域以及从镜片中心到周边每隔一个区域的焦度对应于镜片的标称远焦度。其他区域对应于镜片的标称近焦度。镜片的焦度分布如图3所示。选择图2所示的NCSF，而积分范围选为min＝0cpd、max＝60cpd。使用从三个设计获得的临床测量数据：单光设计、连续非球面多焦点设计和环型双焦点设计，确定公式II的系数以使得可使用视觉功效预测模型最优化设计功效。作为用于优势眼的镜片，该具体设计的佩戴功效要求是该镜片对远处物体的视力影响极小，但增加一些焦度以提升近视力功效。对镜片进行最优化以提供图5中预测的离焦视觉功效是通过如下步骤进行的：将中心区域和近区域之间的焦度差变为0.6屈光度，改变区域内的非球面性，从而通过使近区域和远区域内的球面像差为-0.15D/mm2，并且使第一远区域的基本焦度偏移-0.1D来过度修正透镜与眼镜组合的球面像差。所得的焦度分布如图4所示。
实例2
为非优势眼提供镜片设计，该设计在镜片的正面具有四个区域。最中间区域以及从镜片中心到周边每隔一个区域的焦度对应于镜片的标称近焦度，而其他区域对应于远焦度，如图6所示。使用的NCSF如图7所示进行加权，公式I的积分范围设定为min＝0cpd、max＝12cpd。使用从三个设计(单光设计、连续非球面多焦点设计和环型双焦点设计)获得的测量视敏度数据来建立相关性，公式II变为：
VA＝-11+2.9*log10(WAOTF)-0.141*log10(WAOTF)2
针对非优势眼，镜片的佩戴功效需要提高近视力功效，并且比用于优势眼的设计具有更大的远视力功效折衷。通过改变区域位置、将中心和近区域之间的焦度差变为0.75屈光度以及将区域中的非球面性变为-0.15D/mm2，对设计进行优化以提供图9预测的离焦视觉功效。所得设计的焦度分布如图8所示。

Claims (12)

1.一种设计多焦点隐形眼镜镜片对的方法，所述方法包括以下步骤：(a.)提供用于眼镜佩戴者的优势眼的第一镜片设计和用于所述眼镜佩戴者的非优势眼的第二镜片设计；(b.)选择第一加权函数和第二加权函数，所述第一加权函数为应用于所述优势眼镜片设计的第一神经对比敏感度函数的函数，所述第二加权函数为应用于所述非优势眼镜片设计的第二神经对比敏感度函数的函数；(c.)在所述第一镜片设计和第二镜片设计中的每个的功效预测模型中，将所述第一加权函数用于所述第一镜片设计，并且将所述第二加权函数用于所述第二镜片设计，其中所述功效预测模型使两个或更多个镜片设计的测量功效与所述第一镜片设计和所述第二镜片设计中的每个的预测功效相关联；以及(d.)使用步骤(c.)中所得的结果来优化所述第一镜片设计和所述第二镜片设计；
其中所述步骤(c.)还包括：
(i)使用所述预测模型计算预测的视觉功效，方法是首先根据以下公式计算光学传递函数的加权面积：
其中：
max和min限定进行积分的频率范围；
OTF为针对所述镜片设计在视网膜平面计算的所述光学传递函数；
v为以视网膜中央窝处每度眼观看弧角的线对数或周数表示的空间频率；
D为以毫米表示的瞳孔直径；
V为聚散度；
物体反差是介于0和1之间的值，表示所观看物体的对比度；
NCSF为所述神经对比敏感度函数； 
L为以坎德拉/平方米表示的室内亮度；并且
N为值是1至-2的指数
以及(ii)使所述两个或更多个镜片的WAOTF与测量的视觉功效相关联；
其中根据以下公式计算logmar视敏度，从而执行子步骤(ii)：
VA＝-11+2.82×log10(WAOTF)-0.136×log10(WAOTF)2
其中所述公式的每个系数通过使针对所述两个或更多个镜片的测量的视敏度与计算的WAOTF相关联来确定。
2.一种设计隐形眼镜的方法，所述方法包括以下步骤：(a.)提供用于眼睛或眼镜佩戴者的镜片设计；(b.)选择加权函数，所述加权函数为应用于所述镜片设计的神经对比敏感度函数的函数；(c.)在镜片设计的功效预测模型中使用所述加权函数，其中所述功效预测模型使两个或更多个镜片设计的测量功效与所述镜片设计的预测功效相关联；以及(d.)使用步骤(c.)中所得的结果来优化所述镜片设计；其中所述步骤(c)还包括：
(i)使用所述预测模型计算预测的视觉功效，方法是首先根据以下公式计算光学传递函数的加权面积：
Figure FSB00000595418800021
其中：
max和min限定进行积分的频率范围；
OTF为针对所述镜片设计在视网膜平面计算的所述光学传递函数；
v为以视网膜中央窝处每度眼观看弧角的线对数或周数表示的空间频率；
D为以毫米表示的瞳孔直径；
V为聚散度；
物体反差是介于0和1之间的值，表示所观看物体的对比度； 
NCSF为所述神经对比敏感度函数；
L为以坎德拉/平方米表示的室内亮度；并且
N为值是1至-2的指数
以及(ii)使所述两个或更多个镜片的WAOTF与测量视觉功效相关联。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b.)中用于所述第一加权函数和/或所述第二加权函数的所述神经对比敏感度函数为群体平均神经对比敏感度函数。
4.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(b.)中所用的所述神经对比敏感度函数为群体平均神经对比敏感度函数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b.)中用于所述第一加权函数和/或所述第二加权函数的所述神经对比敏感度函数为个体神经对比敏感度函数。
6.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(b.)中所用的所述神经对比敏感度函数为个体神经对比敏感度函数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c.)中所述功效预测模型的一个或两个中所用的眼模型为眼睛的群体平均模型。
8.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(c.)中所述功效预测模型中所用的眼模型为眼睛的群体平均模型。
9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c.)中所述功效预测模型的一个或两个中所用的眼模型为个体眼睛的模型。
10.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(c.)中的所述功效预测模型中所用的眼模型为个体眼睛的模型。
11.根据权利要求1所述的方法设计的镜片对。
12.根据权利要求2所述的方法设计的镜片。 
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