CN102122084B - 控制近视的方法及光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了控制近视的方法和光学装置。该方法和光学装置与发明人发现的视近工作、眼睑施加于眼睛的力和近视之间的关系有关。该光学装置包括接触镜，其包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的区域。该光学装置是通过测量在视近工作前眼睛的第一个波前像差和测量在视近工作后眼睛的第二个被测量的波前像差来设计的光学装置。该方法包括控制近视的方法，其包括确定与视近工作相关的光学变化和用光学装置矫正这些光学变化。

Description

控制近视的方法及光学装置
本申请是申请人于2006年2月14日提交的题为“控制近视的方法及光学装置”(申请号：200910166228.7)的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于控制近视的方法和光学装置。本发明具体地但并不唯一地涉及控制与视近工作和向下凝视有关的近视的光学方法和光学装置。
背景技术
近视是一种视力缺陷，其中远处的物体变得模糊，因为其影像聚焦在视网膜的前面而不是在其上面。术语近视包括所有形式的近视，包括但不限于轴性近视、屈光性近视、近视散光和单纯性近视。近视也被称为近视眼(nearsightedness)或视力低下(short sightedness)。一些近视与散光有关，后者常常是眼角膜的曲率不匀所产生的后果，曲率不匀会阻止光线在视网膜中的一个或多个点上清晰地聚焦，从而产生模糊的视觉。近视是一种常见的视力障碍。近视进展是近视病情的恶化，因此人会变得越来越近视。近视和近视进展与近视性视网膜变性、青光眼和视网膜剥离的更大的危险性相关。而且，目前在发达国家中近视是已注册失明的第五大最常见致盲原因。
近视的高危因素包括父母近视、视近工作的量、早期视觉剥夺和种族划分；亚洲人的近视率显著高于白种人。光学校正如眼镜、接触镜和近视屈光手术是主要的卫生保健支出。
近视进展的特征常常是始自轴性或屈光性近视。在轴性近视中，眼睛发育得太长，使得角膜前表面和视网膜之间的距离与眼的光学屈光力相比太长了。这种延长通常发生在玻璃体腔长度内，该长度是晶状体的后表面和视网膜之间的距离。在不太常见的屈光性近视中，眼的光学力，主要是角膜和晶状体的屈光力与眼的中轴长度相比太强了。
散光通常是由角膜的不对称性发育而产生角膜性散光所引起的，尽管其也可起因于晶状体的光学特性。
因此眼的生长可通过许多机制来控制，这些机制包括眼的中轴长度、角膜屈光力或眼内晶状体的屈光力。被认为调节眼的天然轴向生长和眼的光学部件屈光力的机制的障碍可因此导致常见的屈光不正，如单纯性近视、单纯性远视、近视散光、远视散光和混合型散光。
以前对控制近视的尝试包括眼镜、药物方法和接触镜。基于眼镜的治疗方法包括双焦点眼镜、近视Rx(近视处方镜)和渐进多焦镜。
控制近视的药物方法包括阿托品和哌仑西平。阿托品是一种麻痹调节性药物，已经显示其可延缓近视的进展，但其为一种未经实践的治疗方法。哌仑西平，一种选择性M1-毒蕈碱拮抗剂，已经显示能在一年之内减缓近视进展，但随后的结果表明哌仑西平的效果是有限的。
基于眼镜的控制近视的方法也有一些缺点，因为一些人喜好配戴接触镜，因为他们相信不带眼镜会更有吸引力，或不想为眼镜所拖累或使用接触镜能得到较好的周围视觉。另外，对于许多活跃性的活动如体育运动优选接触镜。
基于接触镜的控制近视的方法限于硬性或坚硬的镜片以及角膜矫正术。角膜矫正术是使用接触镜来暂时地使眼角膜再成形，目的是获得更清晰的视觉。
对硬接触镜和近视进展已经进行了大量的研究，然而尽管结果显示了硬接触镜延缓近视进展的一些证据，但这些结果并不确定。尽管如此，硬接触镜有时对于配戴者来说不太舒适，对于比较敏感的眼睛会导致不顺应。
美国专利第6045578号确定了基于眼的特殊光学像差，球面像差控制眼生长的潜在方法。美国专利第6045578号公开了负球面像差的存在如何能够促进眼生长，并显示了矫正眼的负球面像差如何能够因此延缓或阻止眼的生长。美国专利第6045578号没有说明与向下凝视和视近工作有关的近视或近视进展的具体原因。因此，需要一种方法和装置来阐明近视的这些具体原因。
在本说明书中，术语“包括(comprises)”、“包含(comprising)”或类似的术语意指非唯一性的包含，因此包括一系列要素的方法、系统或装置不仅仅包括这些要素，也可包括没有列出的其他要素。
本发明的目的是说明或至少改善上述与现有技术有关的一个或多个问题，或者提供一种可采用的商业可选方案。因此，本发明的另一个目的是提供控制眼的一些特征的方法和装置，所述特征如与近视和视近工作相关的眼的生长。
发明内容
尽管无需是唯一的或实际上最广义的形式，本发明的一个方面提供了一种接触镜，其包括中央透镜和外侧区，其中所述的外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的加厚区。
在一种实施形式中，加厚区包括水平带。
本发明的另一个方面提供了一种接触镜，其包括中央透镜和外侧区，其中所述的中央透镜包括将眼睑施加的力量分散的高模量区域。
本发明还有一个方面提供了一种接触镜，其包括中央透镜和外侧区，其中所述的外侧区包括将眼睑施加的力量分散的高模量区域。
本发明仍然还有一个方面提供了一种接触镜，其包括外表面区和内表面区，其中所述的外表面区域包括将眼睑施加的力量分散的高模量区域。
本发明还有一个方面提供了一种接触镜，其包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的开孔材料。
本发明的另一个方面提供了一种控制近视的方法，该方法包括确定与视近工作相关的光学变化和用光学装置矫正这些光学变化。
本发明还有一个方面提供了一种光学装置，其通过测量在视近工作前眼睛的第一个波前像差和测量在视近工作后眼睛的第二个被测量的波前像差而进行设计。
本发明仍然还有一个方面提供了一种接触镜，其通过测量眼睑施加于眼睛的力量而进行设计，并根据测量的力量设计将眼睑施加于眼睛的力量分散的接触镜。
附图说明
以下将仅以实例的方式，参考附表和附图对本发明的优选实施方案进行更详细地描述，其中：
表1是显示三种一小时的工作(阅读、显微镜和计算机工作)对角膜光学的相对影响的表格；
图1是本发明第一个实施方案的示意图；
图2是本发明第二个实施方案的示意图；
图3是本发明第三个实施方案的示意图；
图4是本发明第四个实施方案的示意图；
图5是本发明第五个实施方案的示意图；
图6是本发明第六个实施方案的示意图；
图7是本发明第七个实施方案的示意图；
图8是本发明第八个实施方案的示意图；
图9是本发明第九个实施方案的示意图；
图10是本发明第十个实施方案的示意图；
图10a是本发明第十个实施方案的透视图；
图11是显示四次阅读试验后角膜屈光力变化的回归的曲线图；和
图12是显示在瞬时力差异图中力的最高变化沿角膜的90度子午线的位置的角膜地形差异图。
具体实施方式
本发明人已经确定了控制眼生长的新颖的光学方法和新颖的机械方法。如上所述，近视一般是眼睛生长过长的结果。控制眼的生长包括任何方面的控制，例如抑制眼生长、促进眼生长、操纵眼生长和调节眼生长。
上眼睑和下眼睑施力于眼睛和眼睛的各个组成部分。通过勤勉的研究，本发明人已经发现了眼睑施加于眼睛上的力量与近视和近视进展有关。
本发明人已经对此近视和近视进展的新原因进行了一些研究，并已确定了控制近视的新颖方法，该方法包括确定与视近工作相关的光学变化，和用光学装置矫正这些变化。
如在本说明书中所使用的，控制近视的方法包括根治疗法和姑息疗法。因此，治疗近视的方法包括预防近视发作，以及控制和预防近视进展。
矫正与视近工作相关的光学变化包括矫正、调节、改变、抑制和逆转这些光学变化。
本发明人也已对近视的这一新原因进行了一些研究，以确定控制与眼的视近工作相关的近视的新颖方法，该方法包括将眼睑施加于眼的力量分散，以便这些力量不再施加在眼上。眼睑施加于眼上的力量、视近工作和近视之间的相关性显示在表1、图11和图12中，这些图表在下面的实例中会进行详细地描述。
如在本说明书中所使用的，分散眼睑的力量包括将上眼睑和下眼睑的至少之一对眼施加的力量吸收和改向。分散眼睑的力量包括将上眼睑和下眼睑的至少之一要施加于眼的力量分散至接触镜内，从而使所述力量被接触镜吸收。眼睑力量的分散也包括将上眼睑和下眼睑的至少之一对眼施加的力量再分布至不是眼睛的物体和不影响近视的眼睛的区域。
可利用许多材料的特性来分散眼睑的力量，包括但不限于厚度、模量、弹性体特性、气动特性和水力特性。
将上眼睑和下眼睑施加于眼的力量分散可通过将镜片整体增厚，或在一个或多个规定的区域将镜片增厚来实现。镜片增厚的一种替代方式是同样区域性地或整体性地或在一个或多个规定的区域改变镜片材料的模量。将镜片材料的模量改变至较高或较低的数值。
在本发明中使用的接触镜可以是定制的接触镜，其设计基于每只眼睛所独有的低阶像差和高阶像差。传统的接触镜能矫正低阶像差(近视、远视和散光)，而定制的接触镜还能矫正高阶像差，包括例如彗形像差、球面像差和三叶形像差(trefoi1)的光学特性。优选地，将上眼睑和/或下眼睑施加于眼的力量分散，使得眼的光学特性不会被向下凝视或视近工作所改变。
眼的光学特性包括眼本身的特性，包括但不限于低阶像差(如一般由近视、远视和散光所产生的像差)和例如彗形像差、球面像差和三叶形像差的高阶像差。眼的光学特性还包括眼的各个组成部分的特性。眼的组成部分包括但不限于角膜、晶状体、瞳孔、虹膜、视网膜和眼球。
应理解的是控制近视的最可能成为目标的光学特性是眼的高阶像差的特性(如彗形像差、球面像差和三叶形像差)。然而也可改变如离焦和散光的低阶像差部分的特性来控制近视进展。
眼的视近工作是由眼睛观察靠近眼睛的物体或文本所进行的任何工作，包括但不限于阅读书写或打印的文本如书籍、电子书或电脑书(e-book)的文本、计算机监视器(包括台式和便携式/笔记本计算机监视器)、其他电子显示屏、报纸、杂志或阅读其上显示文本的任何其他物体，以及涉及向下凝视的工作如显微镜检查。
一些视近工作需要眼睛向下凝视。在本说明书和所附于此的权利要求中，向下凝视(downward gaze)和下视(down gaze)是同义词，是指眼睛所采取的、直接向前方以下的任何位置，即向下凝视是正前方眼位以下的任何位置。正前方眼位也称为第一眼位(primary gaze)。
靠近眼睛是指物体或文本离眼睛1-100cm。
本领域技术人员将会理解的是视近工作包括向下凝视的视近工作。向下凝视的视近工作是眼睛处于向下凝视状态的任何视近工作。有许多容易辨认的工作需要向下凝视的视近工作。例如，向下凝视的视近工作的一个非限制性实例是坐在椅子上看书。坐在椅子上看书的人所采用的常规姿势需要人以向下凝视的方式进行视近工作。
在向下凝视的视近工作过程中，如读书时，眼睑的边缘(即，睑缘)一般离瞳孔的中心2-4mm，且上睑缘一般比下睑缘更靠近瞳孔的中心。眼睑的边缘离瞳孔的中心可小至0.5mm或大至10mm。眼睛越向下看，下眼睑较上眼睑越接近瞳孔的中心。
现有技术中的接触镜通常包括直径为7-9mm的中央透镜。传统接触镜的中央透镜包含前表面曲率和后表面曲率，两者合并形成镜片的光学力(在计算镜片厚度和镜片材料的屈光指数后)。
术语接触镜是指置于眼球上的整个产品。除了中央透镜以外，接触镜通常还包括外侧区。外侧区位于中央透镜的边缘和接触镜的边缘之间。通常接触镜的外侧区被设计用来将镜片舒适地配合在眼睛上，并对眼睛的正常功能产生最小的生理学破坏。
接触镜还具有暴露于环境中的外表面区，和与眼睛接触的内表面区。
接触镜的中央透镜在厚度上不能具有区域性的变化，从而不影响接触镜的光学特性。实际上，这限制了用于将眼睑的力量分散至接触镜的外侧区的增厚区。外侧区可再分成两个或多个具有不同特性如厚度或模量的亚区域。
接触镜中的增厚区可由如下材料组成，包括但不限于水凝胶聚合物(例如，甲基丙烯酸羟乙酯)、硅水凝胶聚合物、硬性透气性聚合物(例如，有机硅丙烯酸酯，或氟硅丙烯酸酯)及硬镜片聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)，或者其组合物。附图显示了具有增厚区以减少镜片中心区内睑压的镜片的一些实施方案。
图1显示了本发明的第一个实施方案，其中接触镜10包括水平带11(11a和11b)。接触镜10的外侧区12包括具有常规厚度的亚区13和包括增厚的水平带11的亚区。本领域技术人员能够理解术语区域(region)和亚区(subregion)是用于更清晰地描述，亚区就是一个区域。在图1a的侧视图中最清晰地示出第一个实施方案的结构。水平带11位于镜片上的位置与视近工作中上眼睑和下眼睑在接触镜10上的大致位置相对应。
在本发明的第一个实施方案中，增厚区是与在向下凝视时的眼睑位置或在下视时眼睑的可能位置大致对应的水平带11。当配戴接触镜10时，水平带11的期望位置距瞳孔的中央约2-4mm，但当配戴接触镜10时距瞳孔中央可以是0.5-5mm，或其间的任何数值。例如，在配戴接触镜时，水平带11的位置距瞳孔的中央可以是0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、3.75、4.0、4.25、4.5、4.75或5.0mm。
在第一个实施方案的一个变化形式中，仅存在一个水平带11。上述的一个水平带11可以是上水平带11a或下水平带11b。上水平带11a所处的位置与视近工作中上眼睑的大致位置相对应。下水平带11b所处的位置与视近工作中下眼睑的大致位置相对应。
通过测量在向下凝视时人眼睑的位置，测量眼睛相对于面部的解剖位置，参考已公开的数值，或通过这些方法的组合，可获得向下凝视时上眼睑和下眼睑的可能位置。
水平带11优选的厚度范围是50-500微米，但可以是10-1000微米的范围，并可以是其间的任意数值，取决于所使用材料的模量。例如，水平带11的厚度可以是100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950和1000微米。
传统的接触镜厚度范围是50-500微米厚。
根据本发明的第一个实施方案，且如图1中所示，在外侧区12内的水平带11不延伸至接触镜10的中央透镜15内。
眼睑对接触镜表面上的快速曲率变化很敏感，因此配戴者可能耐受的增厚量存在实用限制。为了提供整体增厚的镜片以分散眼睑的力量，接触镜的厚度应为100-1000微米，或其间的任何数值，取决于所使用材料的模量。例如，整体增厚的接触镜的厚度可以是100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575、600、625、650、675、700、725、750、775、800、825、850、875、900、925、950、975或1000微米。
本发明的接触镜还可包括一些结构性特征以便使接触镜在眼上时不会旋转。包括这些定位特征有助于将增厚区保持在正确的位置上以吸收眼睑的力量。这些定位特征被设计用于通过使用类似斜坡的增厚带来阻止接触镜的旋转。斜坡带位于与用以吸收眼睑力量的增厚区大致相同的位置。在称为软复曲面透镜的传统接触镜设计中，随着每次眨眼眼睑都会挤压斜坡带，使镜片不能自由地旋转。
本发明的接触镜可加入斜坡带或传统接触镜的其他设计特征，以尽量减少接触镜的旋转。
如上所述，镜片的舒适度对于配戴者的顺从性是很重要的。一些人会发现接触镜上的增厚的水平带不太舒服，因为随着每次自然的眨眼，配戴者的眼睑在水平带上移过。本发明的第二个实施方案是将镜片的整个环状外周带制作得比通常厚以便吸收眼睑的力量。
图2显示了本发明的第二个实施方案，其中接触镜20的整个外侧区21比在传统的接触镜中厚。将接触镜设计为在整个外侧区21均增加厚度的好处是使眼睑在自然眨眼过程中经过的厚度变化尽量减小。在图2a中所示的侧视图中最清晰地示出该结构，该图清晰地描绘了外侧区21和内区22之间的尺寸差异。
在此所讨论的从较厚的区域向较薄的区域的所有过渡中，可以理解的是该过渡可以具有1-90°的任何坡度。本领域专业技术人员很容易理解的是从舒适性的角度看，从一个区域至另一个区域的坡度或从一个亚区至另一个亚区的坡度要制作得尽可能光滑。
其中增厚区限于外侧区的接触镜应该具有宽度为0.1-1.0mm的光滑的过渡曲线。该过渡曲线通常与每侧的曲率相切。
较厚的镜片以及相关的较厚的镜片边缘可能对一些人是不舒适的，第三个实施方案是将整个接触镜做得比传统接触镜厚。将整个接触镜做得更厚能使镜片厚度从外侧边缘到中心所使用的坡度与增厚区限制在接触镜外侧区所允许的坡度相比更为缓和。
第三个实施方案绘制在图3中。图3显示了整体增厚的接触镜30。在此实施方案中，中央透镜31和外侧区32的厚度都增加。通过使接触镜整体变厚，与接触镜的中央透镜中的局部厚度有关的光学问题可被克服。接触镜30的轮廓显示在图3a中。
尽管在附图中显示的水平带都是四边形的，然而可理解的是可使用设计为将上眼睑和/或下眼睑施加于眼的力量吸收和/或再分布的任何形状。
另外，虽然在附图中所示的水平带显示90°的阶梯式增加，但是向水平带的过渡可以是具有1°-89°角度的逐级递增，或者是在两个邻接曲率之间提供逐渐过渡的具有任何数学描述的光滑曲线。
如上所述，吸收眼睑力量的另一种措施是提供模量改变的接触镜。材料的模量是以每单位面积的力除以每单位长度的位移为单位进行测量的。从性质上说，这表示对于具有给定尺寸的试件和给定的变形方式(例如，弯曲)，具有较高模量的材料将需要更大的力量来达到给定的变形(例如，弯曲)，或者基于同样的原因，对于给定的作用力其变形(例如，弯曲)将小于较低模量的材料。
除非另外说明，在此所叙述的模量值是杨氏刚度模量值，单位为kg/cm2。传统接触镜中使用的材料的杨氏刚度模量的范围显示如下：
水凝胶(软镜片)3-20kg/cm2；
硅水凝胶20-100kg/cm2；
硬性透气性镜片200-1000kg/cm2。
在本发明的其他实施方案中，接触镜材料的模量可通过增加模量或交联密度来改变。具有增加模量的材料可包括交联度增加的现有技术的接触镜聚合物和共聚物。增加接触镜材料的模量的另一种选择是使用添加剂，如那些添加到现有技术的接触镜材料中的添加剂。能增加模量的一些常见材料单体是硅和甲基丙烯酸甲酯。
用于外侧区和两个或多个外侧亚区的高模量接触镜材料优选地具有20-1000kg/cm2的模量或其间的任意数值。例如，用于外侧区和两个或多个外侧亚区的高模量接触镜材料可具有20、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000kg/cm2的模量。
用于中央透镜的高模量接触镜材料优选地具有20-1000kg/cm2的模量或其间的任意数值。例如，用于中央透镜的高模量接触镜材料可具有20、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000kg/cm2的模量。
接触镜模量的增加可以是整体上的增加，整个接触镜由高模量的材料制成。
另一种选择是将模量的增加限制在接触镜的一个或多个不同的局部区域，例如中央透镜、外侧区或外侧亚区、中央透镜的外(前)表面或整个外表面区域。
结合了高模量材料区的软镜片可采取多种形式。图4描绘了第四个实施方案，其中高模量区在接触镜40的中央透镜41中。本实施方案的接触镜具有高模量的硬性中央透镜41，围绕以传统软镜片材料制成的外侧区42。传统软镜片材料制成的外侧区可称作环缘或环带。
图5描绘了本发明的第五个实施方案，其中接触镜50的外侧区51包括两个亚区。外侧区51包含第一亚区52，第一亚区52围绕第二亚区53的外侧。第一亚区52包括常规的模量，而第二亚区53包括高模量。第二亚区53围绕具有常规模量的中央透镜54。就接触镜50的中央透镜54而言，第一亚区52是具有常规模量的外周环，位于第二亚区53的外侧，第二亚区是高模量材料制成的环，而软中央透镜54位于第二亚区53的内侧。
图6描绘了本发明的第六个实施方案，其中增加模量的区域61穿过接触镜60的外侧区62和中央透镜63。外侧区62包括常规模量的接触镜材料和高模量的水平带61。中央透镜63包括高模量的上亚区63a和下亚区63b以及常规模量的中央区63c。
命名中的上和下是相对于眼中的位置而给出的。当接触镜定位在眼上使用时，上亚区更靠近上眼睑，且当接触镜定位在眼上使用时，下亚区更靠近下眼睑。
为了进行准确的光学矫正，可理解的是高模量中央透镜亚区63a、63b的屈光指数应该与常规模量中央透镜亚区63c是相同的或非常接近。如果两种材料的屈光指数不同，则可改变中央透镜63的形状和/或厚度以产生适当的光学矫正作用。以此方式改变中央透镜63的形状和/或厚度需要稳定镜片，以便接触镜在眨眼过程中不会发生旋转。如果接触镜在眨眼过程中发生旋转，则会改变中央透镜对于眼睛的光学对准。
如在软复曲面接触镜设计中的通用实践那样，通过在接触镜设计中加入稳定带，可稳定接触镜以免在眨眼过程中发生旋转。这些稳定带是具有较大镜片厚度的区域，能与每次眨眼过程中眼睑产生的挤压力发生相互作用从而将镜片稳定在大致正确的方向上。
图7描绘了本发明的第七个实施方案。图7显示了接触镜70，其中高模量区限制在包括水平带72的外侧亚区。如图7中所示，根据第七个实施方案，水平带72不延伸至中央透镜71之内，且接触镜的中央透镜具有常规模量。
图8描绘了本发明的第八个实施方案。图8显示了接触镜80，其中接触镜外表面区和内表面区具有不同的模量值。在图8中所示的第八个实施方案中，外表面区81具有高模量，而接触镜内表面区82(当接触镜80位于眼上时)具有较低的模量。
图9描绘了本发明的第九个实施方案。图9显示了接触镜90，其中外表面区91仅在中央透镜区92中具有高模量的第一中央亚区92，而外表面区91的外侧亚区93和大部分镜片及内表面区94(与角膜相靠)具有较低的模量。
具有较高模量的镜片材料是用于吸收或再分布眼睑所施加的力量的一种选择，然而除模量以外还有其他的材料特性可用于分散眼睑施加于眼上的力量。例如，开孔型泡沫材料可用于吸收力量。
为了分散眼睑施加于眼睛的力量，包括非高模量的力分散材料的接触镜可具有弹性体、气动和水力特性中的一种或多种特性。
这些具有弹性体、气动、水力或组合特性的材料可在如图1、2、5、6、7和8及9中所描绘的实施方案中采用。
这些非高模量的力分散材料的实例包括开孔型聚合物，其具有设计为充满或被充满气体、凝胶或流体的开孔或小袋。开孔完全被聚合物材料所包封，与外界环境不接触。在一个实施方案中，流体是配戴者的泪水。
如果这些材料的屈光指数与包绕的镜片材料不同，则可将其限制于镜片的周缘，类似于图7中所示，或者可在这些区域中使用不同的镜片表面曲率来进行光学校正。
图10描绘了本发明的第十个实施方案，其使用了硬性接触镜100，其呈穹窿状覆盖下面的角膜105，在图10a中最清晰地示出。通过测量角膜地形图，可为配戴者设计一种镜片，该镜片在靠近镜片周缘102的位置接触下面的角膜，但在镜片后表面104和角膜105之间具有恒定厚度空间103，该空间将充满配戴者的泪液。
如上所述，本发明还提供了通过光学装置控制近视进展的光学方法，该方法包括确定与视近工作或向下凝视相关的光学变化，并使用光学装置校正、改变或逆转这些变化。在视近工作过程中所需的光学校正不同于在正常观察条件下所需的光学校正。因此，视力可能受限于多种条件之一。
本发明的光学方法的一个实施方案包括在视近工作前进行眼的波前像差的第一次测量，及在视近工作之后或期间进行眼的波前像差的第二次测量。在第一次测量中，要被测量的眼睛应直视前方(即，第一眼位)并且不需要调节(即，观察位于或接近光学无限远的靶标)。然后在视近工作之后或期间、在眼睛向下凝视聚焦在近物上(即眼睛正在进行调节)时，进行眼的波前像差的第二次测量。然后可将正常条件(视近工作前)和向下凝视条件(视近工作后或视近工作期间)之间波前像差的差异用于设计光学装置。
在视近工作前是指在眼睛进行十分钟或更长时间的连续视近工作之前至少已经过十分钟。视近工作后等待的时间长度应该至少与进行视近工作所花费的时间一样长。视近工作可以是阅读。例如，一小时的阅读需要大约一小时的时间来去除这些光学变化。
第二次测量的波前像差可包括多个测量，其中多个测量的至少之一是在向下凝视的视近工作期间进行的，且多个测量的至少之一是在向下凝视的视近工作结束时进行的。
由于对视近工作和正常条件的要求不同，因此一个实施方案需要设计两个光学装置，第一个光学装置用于正常条件，第二个光学装置用于视近工作。
正常条件是当人主要不从事视近工作时所遇到的条件。正常条件可包括一些视近工作，然而视近工作不是正常条件下所进行的主要活动。如果配戴者将持续执行视近工作一段时间，例如超过十五分钟，则配戴者应该在视近工作期间使用一套接触镜。正常条件是其中视近工作不是主要活动的任何条件。
在本发明的光学方法的另一个实施方案中，设计了一种光学装置，该光学装置是正常光学要求和视近工作的光学要求的加权平均。
在本发明的光学方法的另一个实施方案中，基于传统设计的光学部件和防止近视设计的光学部件设计该种光学装置。
光学部件是指用于改变视力的光学装置的各部件，包括常规的光学部件如接触镜的中央透镜，和防止近视的部件，如在此所述的那些部件。
在另一个实施方案中，所设计的光学装置是正常光学要求和视近工作的光学要求之间的中间设计。
光学装置可被设计用于仅校正、改变或逆转与向下凝视和视近工作相关的光学变化的一部分或一些特性。
本发明的另一个实施方案是确定具有促进眼生长的眼的光学特性的特定的光学部件，如彗形像差和三叶形像差，然后设计光学装置来仅校正这种/这些光学部件或其一定的百分比(0.0至100％之间)。这能够提高光学装置在正常条件和视近工作条件下的光学性能。
实例
如前面在说明书中所提到的，进行了一些试验以检验视近工作、眼睑压力和近视进展之间的关系。在表1中所示的试验结果显示了三种视近工作，阅读、显微镜检查和计算机工作对角膜光学的相对影响。在这些视近工作中，阅读和显微镜检查是已知的近视进展的危险因素，而计算机工作与近视进展无关。
图11和图12进一步说明了眼睑施加于眼的力量、视近工作和近视之间的关联性。图11和图12都出现在Collins等人的文章中，其中详细描述了得到图11和图12所使用的实验方案(Collins M.J.，Kloevekom-Norgall K.，Buehren T.，Voetz S.C.and Lingelbach B.，(2005)，Regression of lid-induced corneal topography changes following reading，Optometry and Vision Science；82(9)：843-849)。在Collins等人的文章中详述的这些实验方案、结果和讨论总结如下。
材料和方法
六名受试者，四名女性和两名男性，年龄范围从21至28岁，平均年龄24岁，参加了本研究。每名受试者的右眼用于测量，且五名受试者近视，一名屈光正常。所有受试者的最佳矫正视力灵敏度为最小分辨角至少为对数0或更好一些。进行初步裂隙灯检查以确认所有受试者具有正常的角膜特性，并且没有眼前段疾病。所有受试者均未配戴过硬性透气性接触镜。指示软接触镜配戴者至少在研究前3天摘掉他们的接触镜。
该试验包括四个阅读阶段和一个对照阶段，分别在五天早晨进行(一般在上午8点和9点之间开始)。受试者被告知在早晨试验开始之前不能进行任何显著的阅读。阅读试验持续10分钟、30分钟、60分钟和120分钟，且测试的顺序在受试者之间随机化以避免系统误差。受试者坐在办公椅上，并被告知阅读小说。阅读试验的目的是模拟典型的阅读工作，因此鼓励受试者在试验期间采用自然的阅读姿势。
Keratron视频角膜镜(Alliance Medical Marketing，Jacksonville，FL)被用于角膜地形图的测量。在每个测量阶段拍摄六幅视频角膜地形图(videokeratograph)。在阅读前测量基准角膜地形图数据，并在阅读后0、2、4、6、8、10、15、20、25、30、45、60、75、90、120、150和180分钟时再次测量。对于10分钟的阅读试验，直至阅读后60分钟才开始进行测量，因为先导研究已表明这可能是足以使角膜完全恢复的时间。在阅读后的测量阶段之间，受试者被告知不能进行任何阅读、书写或使用计算机。作为对照试验，在单独一天早晨、在进行第一次测量后、以2、60、120和180分钟的时间间隔测量受试者的角膜。同样告知受试者在测量阶段之前和之间不能进行阅读、书写或使用计算机。
使用高分辨率的数码照相机，在第一次试验阶段拍摄每位受试者在第一眼位时眼睑位置的照片。照相机安装在三角架上，受试者的头放置在头靠中。将数码照相机保持在受试者和书籍之间，拍摄在阅读时受试者眼睑位置的第二张照片。将阅读过程中的眼睑位置覆盖在角膜地形图上，并将地形图中的变化与眼睑位置进行比较。用于此分析的方法以前已进行过描述(Buehren T.，Collins M.J.，Carney L.，(2003)，Corneal aberrations and reading，Optometry and Vision Science；80：159-66)。
告知每位受试者报告主观视觉变化如与阅读有关的单眼性复视。在每个测量阶段之前和之后，遮盖左眼，指示受试者观看Bailey-Lovie检测表上最小分辨角大小为对数0.4的视力表字型。将实验室的光线变暗至中间视力水平以尽量扩大自然瞳孔尺寸，并照亮检测表。检查者记录受试者对视觉质量的描述。
结果
从视频角膜镜中输出角膜高度、屈光力和瞬时力数据用于随后的分析。将每个测量阶段拍摄的六幅视频角膜地形图根据以前概括的方法进行平均(Buehren T.，Collins M.J.，Carney L.，(2003)，Cornealaberrations and reading，Optometry and Vision Science；80：159-66)。
为了研究屈光力和瞬时力(阅读前对比阅读后)的变化，在7mm直径内(以视频角膜镜的轴为中心)计算差异图并生成重要性图(significance map)(即，显示变化的区域性统计学重要性的图)。为了分析阅读后角膜力(屈光力和瞬时力)的变化，在90°至270°(垂直)子午线中进行子午线分析，因为该子午线显示了地形图中与眼睑力相关的最大变化(Buehren T.，Collins M.J.，Carney L，(2003).Corneal aberrationsand reading，Optometry and Vision Science；80：159-66)。
从示出典型受试者的角膜地形差异图的图12中，可以看到在瞬时力差异图中力的最大变化的位置。图12显示了主要在角膜的上半部分发生的角膜地形图的变化，该变化与阅读过程中上眼睑的位置相关。沿90°子午线从图的中心至3.5mm的距离，测量瞬时力中的最高正性变化和负性变化。基于最高正性或负性屈光力值推算出每幅差异图中沿90°至270°子午线的最大变化。
在阅读后不久，对于所有阅读试验条件(阅读10分钟直至120分钟)沿90°子午线在从图中心直至3.5mm的区域内也找到屈光力的显著变化。在阅读120分钟后发现了局部屈光力的最大差异，力的组平均差异为1.26D(±0.44D)。在60分钟阅读后，差异为0.96D(±0.31D)，30分钟后为0.92D(±0.28D)，以及10分钟后为0.76D(±0.42D)。相比，对照条件(没有阅读)显示沿90°子午线的组平均屈光力差异为0.32D(±0.17D)。屈光力的这些自然变化反映了常见的像差如球面像差或垂直彗形像差。
在图11中给出了在阅读和对照试验后、对于90°子午线的角膜屈光力变化的回归(regression)情况。图11中的曲线图显示了在四次阅读试验(10分钟、30分钟、60分钟和120分钟)后典型受试者的角膜屈光力变化的回归情况，y轴是沿90°子午线的屈光力的最大差异，对照条件不涉及实质上的视觉工作。所有阅读试验(10分钟至120分钟)均引起沿90°角膜子午线的屈光力变化的增加。这些变化显示了逐渐回归至与对照条件相似的水平，越长的阅读试验条件需要越长的回归时间。对阅读后第一个60分钟的屈光力差异进行双因素重复测量数据的方差分析(ANOVA)。其显示出阅读所耗的时间长度对屈光力变化的幅度有显著影响(p＝0.005)，且阅读后的时间段显示出屈光力变化的显著回归(p＜0.001)。然而，在阅读所耗时间长度和屈光力变化的回归之间没有显著的相互作用(p＝0.24)。这表明屈光力变化的回归率不依赖于之前阅读所耗的时间长度。
对照条件(未阅读)显示在整个180分钟的观察期间沿90°的屈光力变化有轻微的但系统性的增加(图11)。这些发现尽管令人惊奇，但与相似报道的数据是一致的(Read S.A.，Collins M.J.，Carney L.G.，(2005)，The diurnal variation of corneal topography and aberrations，Cornea：24：678-87)，该数据是在3天的时间内跟踪每日角膜地形图变化的试验中所获得的。
讨论
在阅读凝视位置，眼睑引起角膜地形图的变化，其幅度与阅读所耗的时间长度相关。即，连续阅读的时间越长，产生的角膜地形图的改变越大。在不同的阅读时间之后这些地形图变化的回归显示出相似的模式，在前10分钟内具有显著的变化下降，然后跟随着较慢的回归。在10分钟的阅读后，角膜地形图变化在10分钟内大幅度消除，而在120分钟的连续阅读后，地形图变化需要大约120分钟才能消失。概括来说，角膜变化回归至基线水平所需的时间大致与人连续阅读所耗的时间相同。
我们测量到的角膜地形图变化的幅度和位置与以前报道的数据(Buehren T.，Collins M.J.，Carney L.，(2003)，Corneal aberrations andreading，Optometry and Vision Science；80：159-66；以及Buehren T.，Collins M.J.，Carney L，(2005)Near work induced wavefront aberrationsin myopia，Vision Research；45：1297-312)是一致的。这些地形图变化紧密跟随在阅读凝视期间睑缘的位置。在水平带内角膜半径的局部增加和减少表明睑缘的力量引起了角膜的再成形。角膜矫正术的过程可反映地形图变化的相似的基本机制，但对于这些变化的确切解剖学性质仍然没有明显一致的观点(Swarbrick H.A.，Wong G.，O′Leary D.J.(1998)，Corneal response to orthokeratology，Optometry and Vision Science；75：791-9；Choo J.D.，Caroline P.J.，Harlin D.D.，Meyers W.(2004)Morphologic changes in cat epithelium following overnight lens wear withthe Paragon CRT lens for corneal reshaping.Investigative Ophthalmologyand Visual Science；45：E-abstract 1552；以及Haque S.，Fonn D.，SimpsonT.，Jones L.(2004)Corneal and epithelial thickness changes after 4 weeksof overnight corneal refractive therapy lens wear，measured with opticalcoherence tomography，Eye and Contact Lens；30：189-93).
因为地形图变化起源于靠近睑缘的角膜区，所以有可能在泪液膜中的局部变化也能出现在眼表面的该区。然而在几次自然的眨眼后似乎不太可能任何与泪液相关的变化仍将在该区内持续存在。
总之，阅读所耗的时间显著地影响角膜变化的幅度和角膜恢复至其阅读前状态的持续时间。因此角膜的地形图和相应的眼的光学特性对之前已经进行的阅读工作是敏感的。
本发明的方法和装置还可以任意的组合方式实施作为系统。
在本说明书和所附于此的权利要求全文中，应理解的是光学装置包括所有的光学装置，包括但不限于眼镜；单眼镜；软接触镜；硬性接触镜；包括软和硬接触镜材料的复合接触镜；或者根据本发明设计的任何其他镜片。
在本说明书全文中，术语硬接触镜(hard contact lens)和硬性接触镜(rigid contact lens)是同义词。
由于作用于视近工作和向下凝视的有害影响，本发明的方法和装置因此为近视和近视进展问题提供了解决方案。
本发明的方法和装置具有超出现有技术的一些优势。对于本领域的技术人员在阅读了所提交的本说明书后，这些优势是显而易见的。这些优势包括但不限于：确定了至今没有认识到的近视和近视进展的原因，提供了防止近视和/或控制近视进展的新颖的方法和装置。
在本说明书全文中，目的在于描述本发明而不将本发明局限于任意一个实施方案或具体的特征集合。但是相关领域的技术人员可认识到具体实施方案的变化形式也将包括在本发明的范围之内。
Figure BDA0000051789650000191
Figure BDA0000051789650000192
Figure BDA0000051789650000193
表1

Claims (20)

1.一种通过以下方式设计的光学装置，即通过测量在视近工作前眼睛的第一个波前像差和测量在视近工作后眼睛的第二个波前像差，并通过分析所述第一个和第二个波前像差从而对所述光学装置进行设计，其中所述分析包括将所述第一个和第二个波前像差进行平均，其中，
所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个加厚的水平带区，其位置与向下凝视时的眼睑相对应；或者
所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个高模量水平带区；或者
所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述中央透镜和所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个高模量水平带区。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述平均是加权平均。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学装置控制、调节、改变、抑制或逆转眼睛的生长。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学装置矫正眼睛的光学特性。
5.根据权利要求4所述的光学装置，其中所述眼睛的特性是视近工作后眼睛的特性。
6.根据权利要求4所述的光学装置，其中所述光学特性选自近视、远视、离焦、散光、彗形像差、球面像差和三叶形像差。
7.一种通过以下方式设计的光学装置，即通过测量在视近工作前眼睛的第一个波前像差和测量在视近工作后眼睛的第二个波前像差，并通过分析所述第一个和第二个波前像差从而对所述光学装置进行设计，其中所述第二个波前像差是通过进行多次眼睛的测量而测量的，
其中所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个加厚的水平带区，其位置与向下凝视时的眼睑相对应；
其中所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个高模量水平带区；或者
其中所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述中央透镜和所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个高模量水平带区。
8.根据权利要求1或权利要求7所述的光学装置，其中所述光学装置包括用于正常条件的第一个光学装置和用于视近工作的第二个光学装置。
9.一种制造光学装置的方法，包括：
测量在视近工作前眼睛的第一个波前像差；
测量在视近工作后眼睛的第二个波前像差，和
分析所述第一个和第二个波前像差从而设计所述光学装置，
其中所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个加厚的水平带区，其位置与向下凝视时的眼睑相对应；或者
其中所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个高模量水平带区；或者
其中所述光学装置包括接触镜，该接触镜包括中央透镜和外侧区，其中所述中央透镜和所述外侧区包括将眼睑施加于眼睛的力量分散的一个或多个高模量水平带区。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个加厚的水平带区或者一个或多个水平带区包括其位置与上眼睑相对应的第一水平带区和其位置与下眼睑相对应的第二水平带区。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中向所述加厚的水平带区的过渡是渐变的。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述加厚的水平带区的厚度为10至1000微米。
13.根据权利要求9所述的方法，其中当配戴接触镜时，所述加厚的水平带区位于距瞳孔的中央0.5至5mm处。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述水平带区是四边形的。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述接触镜包括开孔材料。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述开孔材料充满凝胶或流体。
17.根据权利要求15所述的方法，所述开孔材料充满气体或佩戴者的泪液。
18.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个高模量水平带区的模量包括200-1000kg/cm2的模量。
19.根据权利要求9所述的方法，其中当配戴接触镜时，所述一个或多个水平带区位于距瞳孔的中央0.5至5mm处。
20.根据权利要求9所述的方法，其中所述外侧区进一步包括常规模量区。
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