CN101843532A

CN101843532A - 人眼的最佳iol形状因子

Info

Publication number: CN101843532A
Application number: CN201010105481A
Authority: CN
Inventors: 洪昕; 斯蒂芬·J·诺伊·万; 谢继红; 丹·斯坦雷; 姆特鲁·卡拉克雷; 迈克尔·J·辛普森; 张晓啸
Original assignee: Alcon Universal Ltd
Current assignee: Novartis AG; Alcon Inc
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: WO2006108004A2; PT1753373E; EP1753372A2; MXPA06014056A; SI1753373T1; JP5497521B2; EP2062553A1; EP1753373B1; JP4559488B2; BRPI0604841B1; PL1753373T3; EP1753372B1; AU2006231553A1; CY1108233T1; AU2006231554B2; CA2734592A1; JP2010155148A; CA2567050C; CA2734592C; JP4564061B2

Abstract

本发明涉及人眼的最佳IOL形状因子，提供具有光学镜的眼科晶状体(例如，眼内晶状体)，该光学镜具有前表面和后表面，光学镜表现大约-0.5～大约4的形状因子(定义为前后曲率之和与前后曲率之差的比值)。在相关方面，光学镜的形状因子处于大约0～大约2。上述形状因子导致多种不同的晶状体形状，例如凹凸的、平凸的，以及平凹的。

Description

人眼的最佳IOL形状因子

本分案申请是基于申请号为2006800004025，申请日为2006年4月4日，发明名称为“人眼的最佳IOL形状因子”的中国专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2005年4月5日提交的，在此引用作为参考的，名称为“眼内晶状体”的美国临时专利申请序列号60/668,520的优先权益。

在此也引用与之同时提交的，受让给本申请的受让人的，名称为“眼内晶状体”的美国专利申请。

技术领域

本发明一般地涉及眼科晶状体(ophthalmic lenses)，更特别地涉及具有最佳形状因子的眼内晶状体(IOL)。

背景技术

眼内晶状体(intraocular lenses)通常在白内障外科手术过程中植入病人眼中，以替代有阴晕的天然晶状体。但是，由于多种因素，这种IOL的手术后性能会降低。例如，作为植入IOL相对角膜未对准的结果而引起的像差，以及/或者眼睛的固有像差，会不利地影响晶状体的光学性能。

因此，需要能够提供更强健的光学性能的改进IOL。

发明内容

在一个方面，本发明提供具有光学镜的眼科晶状体(例如，眼内晶状体)，该光学镜具有前表面和后表面。光学镜表现大约-0.5～大约4的形状因子。在相关方面，光学镜的形状因子处于大约0～大约2。上述形状因子导致多种不同的晶状体形状，例如双凸的、平凸的、平凹的，以及凸凹的。

在另一个方面，光学镜由生物适合的聚合材料制成。作为例子，光学镜可以由丙烯酸聚合材料制成。合适材料的其他例子包括但不局限于水凝胶和硅树脂材料。

在另一个方面，光学镜的至少一个表面的特征在于非球面基础轮廓(即表现与球面偏离的基础轮廓)。作为例子，基础轮廓的特征在于大约-73～大约-27的圆锥常数。

在相关方面，可以根据下面的关系定义晶状体表面的非球面轮廓：

z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}}

其中，

c表示表面在其顶点处(在其与光轴的交点处)的曲率，

r表示离光轴的径向距离，

k表示圆锥常数，

其中，

c可以是例如大约0.0152mm^-1～大约0.0659mm^-1，

r可以是例如大约0～大约5，

k可以是大约-1162～大约-19(例如，大约-73～大约-27)。

在相关方面，上述晶状体的光学镜可以具有大约0～大约2的形状因子。

在眼科晶状体的一个或更多个表面表现非球面性的一些实施方案中，可以选择晶状体(例如，IOL)的形状因子为该非球面性的函数，以使晶状体的光学性能达到最佳。作为例子，在一个方面，本发明提供具有光学镜的眼科晶状体，该光学镜前表面和后表面，其中至少一个表面表现特征在于大约-73～大约-27的圆锥常数的非球面轮廓。光学镜表现大约-0.5～大约4的形状因子。

在相关方面，具有形状因子在大约0～大约2的光学镜的眼科晶状体包括特征在于大约-73～大约-27的圆锥常数的至少一个非球面表面。

在其他方面，公开了适合于植入具有等于或小于大约7.1mm的角膜半径的眼中的眼内晶状体，它包括具有前表面和后表面的光学镜。光学镜表现大约-0.5～大约4的形状因子。在相关方面，光学镜表现大约+0.5～大约4，或大约1～大约3的形状因子。

在另一个方面，本发明提供适合于植入具有大约7.1mm～大约8.6mm的角膜半径的眼中的眼内晶状体，它包括具有前表面和后表面的光学镜。光学镜表现大约0～大约3的形状因子。在相关方面，光学镜表现大约+0.5～大约3，或大约1～大约2的形状因子。

在另一个方面，公开了适合于植入具有等于或大于大约8.6的角膜半径的眼中的眼内晶状体，它包括具有前表面和后表面的光学镜。光学镜表现大约0.5～大约2的形状因子。在相关方面，光学镜表现大约1～大约2的形状因子。

在另一个方面，本发明提供适合于植入具有等于或小于大约22mm的轴长的眼中的眼内晶状体，它包括具有前表面和后表面的光学镜。光学镜可以具有大约0～大约2，或大约0.5～大约2的形状因子。

在其他方面，本发明公开基于病人的一个或更多个眼睛生物参数选择植入病人眼中的眼科晶状体的方法。例如，公开了校正视力的方法，它包括选择植入具有等于或小于大约7.1mm的角膜半径的眼中的IOL，该IOL包括表现大约-0.5～大约4(或大约+0.5～大约4)的形状因子的光学镜。

在另一个方面，公开了校正视力的方法，它包括选择植入具有大约7.1mm～大约8.6mm的角膜半径的眼中的IOL，该IOL包括表现大约0～大约3(或大约0.5～大约3)的形状因子的光学镜。

在又一个方面，公开了校正视力的方法，它包括选择植入具有等于或大于大约8.6mm的角膜半径的眼中的IOL，该IOL包括表现大约0.5～大约2的形状因子的光学镜。

在另一个方面，公开了校正视力的方法，它包括选择植入具有等于或小于大约22mm的轴长的眼中的IOL，该IOL包括表现大约0～大约2(或大约0.5～大约2)的形状因子的光学镜。

在另一个方面，公开了设计眼科晶状体的方法，它包括基于与人群相关的一个或更多个生物参数的估计变化性定义指示病人人群中的晶状体性能的变化性的误差函数，以及选择减小关于基准值的误差函数的晶状体形状因子。在相关方面，误差函数还可以包括由晶状体提供的屈光力校正的估计误差，以及/或者估计的像差误差。

在相关方面，可以根据下面的关系定义误差函数(RxError)：

RxError = \sqrt{{ΔBiometric}^{2} + {ΔIOLPower}^{2} + {ΔAberration}^{2}}

其中，

ΔBiometric表示归因于生物数据误差的变化性，

ΔIOLPower表示归因于屈光力校正误差的变化性，

ΔAberration表示归因于像差贡献的变化性。

在另一个方面，可以根据下面的关系定义ΔBiometric：

ΔBiometric = \sqrt{{Δk}^{2} + {ΔAL}^{2} + {ΔACD}^{2}}

其中，

Δk表示角膜屈光(keratometric)测量的误差，

ΔAL表示轴长测量的误差，

ΔACD表示前房深度测量的误差。

在另一个方面，可以根据下面的关系定义ΔAberration：

ΔAberration = \sqrt{{ΔAstig}^{2} + Δ {SA}^{2} + {ΔOther}^{2}}

其中，

ΔAstig表示归因于像散像差的变化性，

ΔSA表示归因于球面像差的变化性，

ΔOther表示归因于其他像差的变化性。

在又一个方面，可以根据下面的关系定义ΔIOLPower：

ΔIOLPower = \sqrt{{ΔIOLStep}^{2} + {ΔIOLTol}^{2} + {ΔELP}^{2}}

其中，

ΔIOLStep表示由于晶状体所提供的屈光力校正和病人所需的屈光力校正之间的差异引起的变化性，

ΔIOLTol表示制造屈光力容差，

ΔELP表示眼中晶状体有效位置的偏移的变化性。

可以通过结合下面简单讨论的附图，参考下面的详细说明，来获得本发明的进一步理解。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施方案的IOL的示意侧视图。

图2表示对于1.5mm轴偏，作为形状因子的函数的，IOL所表现的不同像差类型(球面的、离焦的、彗形的，以及像散像差)的模拟值。

图3表示作为IOL的形状因子的函数的，由于倾斜IOL所表现的像差的模拟结果。

图4A图示作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的特征在于平均前房深度的模拟眼所表现的计算球面像差。

图4B图示作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的特征在于平均前房深度的模拟眼的50lp/mm和100lp/mm的计算MTF。

图5A描绘作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的特征在于小前房深度的模拟眼的50lp/mm和100lp/mm的模拟MTF。

图5B描绘作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的特征在于小前房深度的模拟眼所表现的模拟球面像差。

图6A描绘作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的特征在于大前房深度的模拟眼所表现的模拟球面像差。

图6B描绘作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的特征在于大前房深度的模拟眼的50lp/mm和100lp/mm的模拟MTF。

图7A图示作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的具有不同角膜非球面性的多个模拟眼所表现的模拟球面像差。

图7B图示作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的具有不同角膜非球面性的模拟眼所获得的50lp/mm的模拟MTF。

图7C图示作为IOL的形状因子的函数的，包含IOL的具有不同角膜非球面性的模拟眼所获得的100lp/mm的模拟MTF。

图8A描绘作为模型中所包含的IOL的形状因子的函数的，特征在于不同角膜半径的两个模拟眼所表现的模拟球面像差。

图8B描绘作为模型中所包含的IOL的形状因子的函数的，特征在于不同角膜半径的两个模拟眼所表现的50lp/mm的模拟MTF。

图8C描绘作为模型中所包含的IOL的形状因子的函数的，特征在于不同角膜半径的两个模拟眼所表现的100lp/mm的模拟MTF。

图9A描绘作为模型中所包含的IOL的形状因子的函数的，具有不同轴长的多个模拟眼所表现的模拟球面像差。

图9B描绘作为模型中所包含的IOL的形状因子的函数的，具有不同轴长的多个模拟眼所表现的50lp/mm的模拟MTF。

图9C描绘作为模型中所包含的IOL的形状因子的函数的，具有不同轴长的多个模拟眼所表现的100lp/mm的模拟MTF。

图10是具有非球面前表面的，根据本发明的一种实施方案的晶状体的示意侧视图。

图11表示描绘具有不同形状因子的，根据本发明说明的两个晶状体的非球面表面垂度的多个曲线。

图12图示作为制造容差的函数的，多个IOL的光学性能的MonteCarlo模拟结果。

具体实施方式

图1示意地描绘根据本发明的一种实施方案的具有光学镜12的IOL 10，光学镜12包括前表面14和后表面16。在该实施方案中，前和后表面14和16关于光轴18对称地布置，但是在其他实施方案中，那些表面的一个或两个可以表现关于光轴的不对称度。示例IOL 10还包括使其容易放置到眼中的径向延伸的固定元件或触觉20。在该实施方案中，光学镜由通常称作Acrysof的软丙烯酸聚合物制成，但是在其他实施方案中，它可以由其他生物适合的材料如硅树脂或水凝胶制成。晶状体10提供大约6～大约34屈光度(D)，优选地大约16D～大约25D的折射屈光力。

在该示例实施方案中，晶状体10具有大约0～大约2的形状因子。更一般地，在许多实施方案中，晶状体10的形状因子可以是大约-0.5～大约4。如本领域中已知的，可以根据下面的关系定义晶状体10的形状因子：

形状因子

(x) = \frac{C_{1} + C_{2}}{C_{1} - C_{2}}

方程(1)

其中C₁和C₂分别表示前和后表面的曲率。

IOL 10的形状因子可以影响例如当植入对象的眼中或模拟眼中时作为其倾斜和轴偏的结果晶状体可能引起的像差(例如，球面和/或像散像差)。如在下面更详细地讨论的，通过使用模拟眼，作为倾斜和轴偏的函数，在理论上研究具有不同形状因子的多个IOL所引起的像差。这些研究指出具有大约0～大约2的形状因子的IOL导致大大减小的作为倾斜和轴偏结果的像差。

更特别地，为了研究IOL的形状因子对于其倾斜和轴偏所引起的像差的影响，使用具有与平均人眼类似的光学性质(例如，角膜形状)的假设眼模型。选择光学表面的半径和光学元件之间的间隔，以对应于人群的那些参数的平均值。选择光学元件的折射率，以提供选定的折射本领和色像差。并且，选择模型的前角膜表面，以具有非球面形状。在模型中，研究中的IOL替代天然晶状体。下面的表1列举模拟眼的各种设计参数：

表1

表面	类型	半径(mm)	厚度(mm)	类别	直径(mm)	圆锥常数
表面	类型	半径(mm)	厚度(mm)	类别	直径(mm)	圆锥常数	OBJ	标准	无穷大	无穷大		0.000	0.000
1	标准	无穷大	10.000		5.000	0.000	OBJ	标准	无穷大	无穷大		0.000	0.000
1	标准	无穷大	10.000		5.000	0.000	2	标准	7.720	0.550	角膜	14.800	-0.260
3	标准	6.500	3.050	含水	12.000	0.000	2	标准	7.720	0.550	角膜	14.800	-0.260
3	标准	6.500	3.050	含水	12.000	0.000	STO	标准	无穷大	0.000	含水	10.000	0.000
5	标准	10.200	4.000	透镜	11.200	-3.132	STO	标准	无穷大	0.000	含水	10.000	0.000
5	标准	10.200	4.000	透镜	11.200	-3.132	6	标准	-6.000	16.179	玻璃质	11.200	-1.000
IMA	标准	-12.000	24.000		0.000		6	标准	-6.000	16.179	玻璃质	11.200	-1.000

使用以Zemax出售的光学设计软件(2003年3月4日版本，Zemax Development Corporation，San Diego，CA)进行模拟眼的光学性质的模拟。基于均方根(RMS)波前像差，也就是光学系统与平面波的RMS波前偏差，来定义评价函数。一般地，RMS波前误差越大，光学系统的性能越差。具有小于0.071个波的RMS波前误差的光学系统典型地认为表现出衍射受限光学性能。通过放置IOL到上述模拟眼中以及使用Zemax

软件，来模拟对于多个不同的形状因子，IOL的未对准(倾斜和/或轴偏)对其光学性能的影响。对于这些模拟，假设IOL具有球形表面，以便单独研究形状因子的影响(与组合形状因子和非球面性的影响对比)。为了模拟老病人的暗视觉条件，选择5mm的入射瞳孔。考虑下面的未对准条件：1.5mm IOL轴偏和10度IOL倾斜。这两个条件代表1OL未对准的极端情况。

图2表示对于1.5mm的IOL轴偏，作为形状因子的函数的，不同像差类型(球面像差、离焦、彗形，以及像散像差)的模拟值。这些模拟表明具有大约0～大约2的形状因子的IOL表现较低的作为轴偏结果的像差。例如，与具有形状因子-1的IOL所引起的0.32D的离焦像差相比，具有形状因子大约为1的IOL引起0.07D的离焦像差。

图3表示作为IOL倾斜的结果引起的像差的模拟结果。这些结果表明离焦和像散像差不受IOL形状因子显著影响，然而与IOL轴偏的情况下的相关性相比，彗形和球面像差表现对形状因子更强的相关性。并且，具有大约0～大约2的形状因子的IOL表现稳定的性能。

在其他方面，已经发现在选择植入眼中的IOL的形状因子以提供增强的晶状体性能时，可以考虑眼睛的某些生物参数(例如，角膜半径和轴长)。如下面更详细讨论的，在一些实施方案中，为不同眼睛人群，例如平均人眼(具有某些生物参数的平均值的眼睛)，以及特征在于那些参数的极端值的其他人群，提供最佳IOL形状因子。

改变上述眼模型的生物参数，来模拟不同眼睛的具有不同形状因子的多个IOL的性能。对于平均人眼，假定角膜半径(r)为7.72mm，角膜非球面性(Q)为-0.26，前房深度(ACD)为4.9mm，以及轴长(AL)为24.4mm。为了研究具有非常大或非常小的生物值的人眼，前房深度在4.3mm～5.5mm之间变化，角膜非球面性在-0.50～0之间变化，角膜半径在7.10mm～8.60mm之间变化，以及轴长在22.0mm～26.0mm之间变化。这些范围足够宽广，以覆盖大部分人群所表现的值。基于两个标准来评价IOL的光学性能：计算的波像差和调制传递函数(MTF)。如本领域技术人员已知的，MTF提供光学系统例如由IOL和角膜构成的系统所表现的图像对比度的定量测量。更特别地，成像系统的MTF可以定义为与光学系统所形成的对象图像相关的对比度关于与对象相关的对比度的比值。

下面的表2给出在5mm的瞳孔尺寸下，对于具有4.9mm的平均前房深度(ACD)、7.72mm的角膜半径、-0.26的角膜非球面性，以及24.4mm的轴长(AL)的眼睛，具有大约-2～大约4的形状因子的IOL的光学性能的模拟结果。

表2

形状因子(X)	球面像差(SA)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF
形状因子(X)	球面像差(SA)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF	-2	0.478	0.037	0.095
-1.5	0.386	0.117	0.051	-2	0.478	0.037	0.095
-1.5	0.386	0.117	0.051	-1	0.307	0.212	0.011
-0.5	0.244	0.331	0.016	-1	0.307	0.212	0.011

形状因子(X)	球面像差(SA)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF
形状因子(X)	球面像差(SA)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF	0	0.195	0.455	0.128
0.5	0.162	0.555	0.250	0	0.195	0.455	0.128
0.5	0.162	0.555	0.250	1	0.142	0.615	0.334
1.5	0.134	0.637	0.366	1	0.142	0.615	0.334
1.5	0.134	0.637	0.366	2	0.138	0.625	0.348
3	0.174	0.516	0.199	2	0.138	0.625	0.348
3	0.174	0.516	0.199	4	0.239	0.340	0.021

对于表2中的信息的图形表示，图4A和4B分别提供作为IOL的形状因子的函数的，表1中所给出的计算球面像差和MTF。

下面的表3给出在5mm的瞳孔尺寸下，对于具有4.3mm的小前房深度(ACD)，但具有与前一个模拟中所使用的相同的角膜半径(7.72mm)、非球面性(-0.26)，以及轴长(24.4mm)的眼睛，具有上述-2～4的形状因子的多个IOL的光学性能的模拟结果。图5A和5B分别图示作为IOL的形状因子的函数的，表3中所给出的计算球面像差(SA)和MTF。

表3

形状因子(X)	球面像差(波)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF
形状因子(X)	球面像差(波)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF	-2	0.461	0.047	0.095
-1.5	0.374	0.125	0.042	-2	0.461	0.047	0.095
-1.5	0.374	0.125	0.042	-1	0.300	0.219	0.014
-0.5	0.240	0.337	0.021	-1	0.300	0.219	0.014
-0.5	0.240	0.337	0.021	0	0.194	0.457	0.130
0.5	0.161	0.553	0.249	0	0.194	0.457	0.130
0.5	0.161	0.553	0.249	1	0.141	0.613	0.331
1.5	0.133	0.636	0.365	1	0.141	0.613	0.331

形状因子(X)	球面像差(波)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF
形状因子(X)	球面像差(波)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF	2	0.136	0.627	0.353

下面的表4给出在5mm的瞳孔尺寸下，对于具有5.5mm的大前房深度(ACD)、7.72mm的角膜半径、-0.26的角膜非球面性，以及24.4mm的轴长的眼睛，具有上述-2～4的形状因子的多个IOL的光学性能的模拟结果。并且，图6A和6B分别图示作为IOL的形状因子的函数的，表4中所给出的计算球面像差(SA)和MTF。

表4

形状因子(X)	球面像差(波)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF
形状因子(X)	球面像差(波)	50lp/mm处的MTF	100lp/mm处的MTF	-2	0.498	0.026	0.093
-1.5	0.399	0.108	0.059	-2	0.498	0.026	0.093
-1.5	0.399	0.108	0.059	-1	0.316	0.204	0.008
-0.5	0.249	0.325	0.011	-1	0.316	0.204	0.008
-0.5	0.249	0.325	0.011	0	0.198	0.454	0.125
0.5	0.162	0.556	0.251	0	0.198	0.454	0.125
0.5	0.162	0.556	0.251	1	0.142	0.617	0.336
1.5	0.135	0.637	0.365	1	0.142	0.617	0.336
1.5	0.135	0.637	0.365	2	0.140	0.622	0.342

这些模拟表明具有大约-0.5～大约4的形状因子的IOL，特别是具有大约0～大约2的形状因子的IOL，提供增强的光学性能。但是，模拟显示前房深度不会显著影响IOL的性能。

虽然在上述模拟中，考虑了球面像差，但是如果IOL关于角膜未对准，那么也可能存在其他像差(例如，离焦、像散，以及彗形)。对于平均、小、大的ACD的这些像差的模拟证实，可以通过使用大约0～大约2的形状因子使像差达到最小。

还通过使用上述眼模型，以及计算Q＝0(球面)、Q＝-0.26和Q＝-0.50的球面像差和MTF，研究了角膜非球面性(Q)对最佳IOL形状因子的影响。Q值越负，角膜的周边部分越平坦。Q＝-0.26对应于正常人角膜的非球面性，而Q＝-0.50对应于非常平坦角膜的非球面性。下面的表5列举这些模拟的结果，并且图7A、7B和7C分别图示作为IOL的形状因子的函数的模拟球面像差、50lp/mm的MTF，以及100lp/mm的MTF。

表5

如所预料的，球面角膜(Q＝0)所表现的球面像差显著大于非球面角膜(Q＝-0.26和Q＝-0.50)所表现的球面像差。结果，与Q＝0关联的MTF小于Q＝-0.26和Q＝-0.50的MTF。但是，对于三种情况的每种，上述模拟表明最佳IOL形状因子位于大约-0.5～大约4，优选地位于大约0～大约2。

在另一组模拟中，研究了角膜半径对最佳形状因子的影响。通过使用前述眼模型以及改变角膜半径，下面的表6给出具有大约-2～大约8的形状因子的多个IOL所获得的，对应于球面像差以及50lp/mm和100lp/mm的MTF的模拟结果。更特别地，ACD、Q和AL分别固定为4.9mm、-0.26和24.4mm，而改变角膜半径。图8A、8B和8C分别图示在这些模拟中对于两种不同半径的，作为IOL的形状因子的函数的球面像差、50lp/mm的MTF和100lp/mm的MTF的变化。

表6

这些模拟表明对于非常陡的角膜(例如，7.1mm的角膜半径)，IOL的形状因子对球面像差和MTF具有相对小的影响。例如，在这种情况中，对于大约-1～大约8的宽范围的形状因子，观察到良好的光学性能，尽管大约0.5～大约4的形状因子是优选的。但是，对于具有大半径例如大于8.6mm的半径的角膜，观察到大约0～大约2(例如，大约0.5～大约2)的最佳范围。作为形状因子的函数的IOL光学性能的峰值也随着角膜半径从小值变化到大值而位移。例如，模拟表明对于具有大约7.1mm半径的角膜，峰值性能位于大约3的形状因子处，而对于具有大约8.6mm半径的角膜，峰值性能位于大约1的形状因子处。

类似于角膜半径，发现了IOL的最佳形状因子会作为眼睛轴长的函数而改变。作为例子，下面的表7给出对于多个不同轴长(AL)的，具有-2～8形状因子的多个IOL的光学性能的模拟结果。这些模拟所使用的模拟眼的特征在于ACD＝4.9mm、角膜半径(r)＝7.72mm，以及角膜非球面性(Q)＝-0.26。在图9A、9B和9C中分别提供球面像差、50lp/mm的MTF和100lp/mm的MTF的这些模拟的图示。

表7

上述模拟表明，对于长的轴长(例如，大约26mm的轴长)，具有宽范围(例如，大约-1～大约8)的形状因子的IOL提供基本上类似的性能，对于短的轴长(例如，大约22mm的轴长)，最佳IOL形状因子位于大约0～大约2(优选地，位于大约0.5～大约2)。并且，光学性能表现出作为轴长变化的函数的位移。

在一些实施方案中，IOL的前或后表面包括选来补偿角膜球面像差的非球面基础轮廓。可选地，前和后表面都可以是非球面的，以便共同提供对角膜球面像差的选定程度的补偿。作为例子，图10显示根据本发明的一种实施方案的IOL 22，它包括具有球面后表面24和非球面前表面26的光学镜。更特别地，前表面26的特征在于，对于离光轴28的小径向距离，基础轮廓与假想球面轮廓26a(虚线所示)基本重合，但是当离光轴的径向距离增加时，基础轮廓偏离该球面轮廓。在该实施方案中，可以用下面的关系表征的非球面前表面：

z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}}

方程(2)

其中，

c表示表面在其顶点处(在其与光轴的交点处)的曲率，

r表示离光轴的径向距离，

k表示圆锥常数。

在一些实施方案中，圆锥常数k可以是大约-1162～大约-19(例如，大约-73～大约-27)，以及晶状体的形状因子可以是大约-0.5～大约4，更优选地是大约0～大约2。为了显示这种非球面IOL在减小角膜球面像差方面的效果，在理论上设计了两种非球面IOL。假设IOL由一般称作Acrysof的丙烯酸聚合物制成。选择一个IOL具有形状因子0(X＝0)，而另一个IOL具有形状因子1(X＝1)。每个IOL的边缘厚度固定为0.21mm。对于具有X＝0的IOL，前和后半径分别设置为22.934mm和-22.934mm，中心厚度设置为0.577mm，以及前表面非球面性(即圆锥常数)选择为-43.656。对于具有X＝1的IOL，将后表面选择为平面，而前表面的半径设置为11.785mm。该晶状体的中心厚度为0.577mm，以及假定前表面具有由圆锥常数-3.594表征的非球面性。图11显示作为离光轴的径向距离的函数的，这些示例IOL的前表面的垂度(sag)。

上述眼模型中的这两个IOL设计的光学性能的模拟说明了在具有接近0的形状因子的IOL的情况中，总RMS波前误差减小到大约0.000841个波，以及在具有形状因子1的IOL的情况中，总RMS波前误差减小到0.000046个波。

可能影响IOL的光学性能的另一个因素是它的有效位置。有效晶状体位置(例如，在这里定义为主平面相对于后表面的位置)可以作为晶状体形状的函数而变化。可以用下面的关系定义第二主平面(PP₂)相对于后表面顶点的位置。

{PP}_{2} = \frac{- n_{1} d F_{1}}{n_{2} F_{L}}

方程(3)

其中n₁和n₂分别表示IOL和周围介质的折射率，F₁表示前表面的屈光力，F₂表示晶状体的屈光力，d是晶状体的中心厚度。位于晶状体边缘的中线的触觉平面(植入IOL的锚定平面)可以具有如下给定的离后表面顶点的距离：

HL = {Sag}_{2} + \frac{ET}{2}

方程(4)

其中ET表示晶状体的边缘厚度，Sag₂表示在晶状体边缘处的后表面的垂度。使用上面的方程(3)和(4)，可以如下定义第二主点相对于触觉平面的位置：

Δ {PP}_{2} = {Sag}_{2} + \frac{ET}{2} - \frac{n_{1} d F_{1}}{n_{2} F_{L}}

方程(5)

其中ΔPP₂表示主平面的偏移量，其他参数如上面所定义。

作为例子，具有形状因子0(X＝0)的前述IOL的第二主平面位移在0～大约35D的屈光力范围上(通过使用上面的方程)计算为+/-0.03mm，而具有形状因子1(X＝1)的IOL的相应位移计算为+/-0.15mm。

为了更好地认识本发明的IOL所提供的增强的光学性能，可以考虑对手术后折射误差的变化性有贡献的一些主要因素。这些因素一般分成三类：生物数据误差(ΔBiometric)，IOL屈光力误差(ΔIOLPower)，以及高阶像差贡献(ΔAberration)。可以使用例如下面的关系基于这些因素来计算总变化性(Rx)：

RxError = \sqrt{{ΔBiometric}^{2} + {ΔIOLPower}^{2} + {ΔAberration}^{2}}

方程(6)

又可以根据下面的关系定义ΔBiometric：

ΔBiometric = \sqrt{{Δk}^{2} + {ΔAL}^{2} + {ΔACD}^{2}}

方程(7)

其中，Δk表示角膜屈光测量的误差，ΔAL表示轴长测量的误差，以及ΔACD表示前房深度测量的误差。ΔIOLPower可以根据下面的关系定义：

ΔIOLPower = \sqrt{{ΔIOLStep}^{2} + {ΔIOLTol}^{2} + {ΔELP}^{2}}

方程(8)

其中ΔIOLStep表示其屈光力由于校正在连续范围上变化的病人折射误差的有限步骤而不一致的IOL的使用所引起的变化性，ΔIOLTol表示制造屈光力误差，以及ΔELP表示在屈光力范围上的IOL有效位置的位移的变化性。并且，可以根据下面的关系定义ΔAberration：

ΔAberration = \sqrt{{ΔAstig}^{2} + Δ {SA}^{2} + {ΔOther}^{2}}

方程(9)

其中ΔAstig、ΔSA、ΔOther分别表示像散、球面和其他高价像差。

基于三种条件的估计Rx变化性来评价具有形状因子(X)为0和1的前述示例IOL设计的光学性能：(1)具有0.5D的IOL屈光力步长的未校正视觉敏锐度(即无校正眼镜)(UCVA)，(2)具有0.25D的精细IOL屈光力步长的未校正视觉敏锐度(UCVA+)，以及(3)最佳校正的视觉敏锐度(即使用最佳校正眼镜)(BCVA)。从文献中可获得的信息估计由于生物测量引起的变化性。分析的焦点涉及估计球面像差、由于IOL未对准引起的误差，以及第二主平面(PPL)位移的贡献。为了比较，对于具有球面IOL的眼镜，对于UCVA和UCVA+假设0.65D的基线，以及对于BCVA假设0.33D的基线。下面的表8列举两种IOL的Rx相对于基线值的绝对减小和百分比减小：

表8

表格8中给出的信息显示对于两种IOL(X＝0和X＝1)都获得了Rx变化性的减小，因此表明这些晶状体的改进的光学性能。对于具有等于0的形状因子(X＝0)的IOL，视觉受益在UCVA、UCVA+和BCVA之中差不多均匀分布，但是对于另一个IOL(X＝1)，与BCVA关联的视觉受益更显著。

可以使用多种已知制造技术来制造本发明的晶状体。制造容差也可能影响IOL的光学性能。作为例子，这种容差可以对应于例如表面半径、圆锥常数、表面轴偏、表面倾斜，以及表面不规则的变化，并且在影响光学性能方面，与表面非球面性(圆锥常数)相关联的容差一般地扮演比其他因素更重要的角色。但是，模拟表面在光学性能退化方面，植入眼中时IOL的未对准典型地是比制造容差更重要的因素(例如，制造误差可能比未对准误差小接近10倍)。为了进一步说明，通过使用Monte Carlo模拟，在理论上研究植入前述眼模型中的X＝0和X＝1的前述非球面晶状体的光学性能。更特别地，在典型制造容差的约束下产生500个假想晶状体，并且它们相对于角膜随机取向。例如，与表面半径、表面不规则，以及表面轴偏和倾斜关联的容差分别假设为+/-0.1mm、2条纹、0.05mm和0.5度。在图12中总结了Monte Carlo模拟的结果。大于50％的模拟眼表现小于0.2个波(大约0.08D的等效离焦)的RMS波前误差。对于具有X＝1的晶状体，大约98％的模拟眼显示出小于大约0.3个波(大约0.12D)的波前误差。

本领域技术人员应当认识到可以不背离本发明的范围而对上面实施方案进行各种改变。

Claims

1.一种设计眼科晶状体的方法，包括

基于与病人人群相关的一个或更多个生物参数的估计变化性来定义指示该人群中的晶状体性能的变化性的误差函数，以及

选择用于相对于基准值减小所述误差函数的晶状体的形状因子，

其中通过下面的关系式定义所述误差函数RxError：

RxError = \sqrt{Δ {Biometric}^{2} + Δ {IOLPower}^{2} + Δ {Aberration}^{2}}

其中，

ΔBiometric表示归因于生物数据误差的变化性，

ΔIOLPower表示归因于屈光力误差的变化性，

ΔAberration表示归因于像差贡献的变化性，

其中用下面关系式定义ΔBiometric：

ΔBiometric = \sqrt{Δ k^{2} + Δ {AL}^{2} + Δ {ACD}^{2}}

其中，

Δk表示角膜屈光测量的误差，

ΔAL表示轴长测量的误差，

ΔACD表示前房深度测量的误差，

其中用下面关系式定义ΔAberration：

ΔAberration = \sqrt{Δ {Astig}^{2} + Δ {SA}^{2} + Δ {Other}^{2}}

其中，

ΔAstig表示归因于像散像差的变化性，

ΔSA表示归因于球面像差的变化性，以及

ΔOther表示归因于其他像差的变化性。

2.根据权利要求1的方法，其中所述误差函数还包括由所述晶状体提供的屈光力校正的估计误差。

3.根据权利要求2的方法，其中所述误差函数还包括估计的像差误差。

4.根据权利要求1的方法，其中用下面关系式定义ΔIOLPower：

ΔIOLPower = \sqrt{Δ {IOLStep}^{2} + Δ {IOLTol}^{2} + Δ {ELP}^{2}}

其中，

ΔIOLStep表示由晶状体屈光力和病人的屈光力需要之间的差异引起的变化性，

ΔIOLTol表示制造屈光力容差，以及

ΔELP表示眼中的晶状体有效位置的偏移的变化性。